[发明专利]一种铪铌基三元固溶体硼化物的导电陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷材料技术领域，公开了一种铪铌基三元固溶体硼化物导电陶瓷及其制备方法和应用，该导电陶瓷的分子式为(Hf_aNb_bMe_c)B₂，其中0.1≤a≤0.9，0b0.9，0c0.9且a+b+c＝1；Me为Zr、Ta或Ti，该导电陶瓷是将HfO₂、Nb、Me氧化物、B₄C、碳粉加入溶剂经球磨混合得到混合粉体，经压模后所得坯体放入石墨坩埚中，升温至1400～1600℃保温，进行真空热处理，得到(Hf_aNb_bMe_c)B₂铪铌基三元固溶体硼化物粉体；采用放电等离子烧结将上述硼化物粉体升温至1000～1400℃时充入保护气氛，然后升温至1900～2100℃，压力为10～100MPa煅烧制得。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种铪铌基三元固溶体硼化物的导电陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

过渡金属硼化物作为一种超高温陶瓷，具有高熔点、高硬度、优异的高温稳定性、耐腐蚀性和高温抗蠕变性等优点。其在航天发动机、超音速飞行器、炉体部件等恶劣环境中的应用具有极大的潜力。但由于其具有强的共价键和低的扩散系数，过渡金属硼化物很难烧结致密。制备致密的纯相过渡金属硼化物往往需要较高的温度和压力条件，但高温往往会导致晶粒粗化，降低陶瓷的机械性能。因此，为了促进过渡金属硼化物的致密化，许多学者常常通过添加烧结助剂来提高烧结驱动力，如Sciti等通过添加9vol%MoSi₂，采用SPS在1700℃/100 MPa的条件下成功制备致密度为100%ZrB₂陶瓷，但玻璃相MoSi₂的存在可能会降低其固有机械强度和高温性能。除此之外，降低粉体粒径，提高粉体表面能，是增加粉体烧结活性，制备致密硼化物陶瓷的一种方法。除此之外，陶瓷的均匀性也在一定程度上影响其性能，外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示，使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示，在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高为9.26K，超导元素加入某些其他元素作合金成分，可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc为10.8K，Hc为8.7特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。三元合金，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的Tc=9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的Tc=9.8K，Hc=12.8特。之前报道高熵陶瓷中固溶NbB₂会有偏析，由于其烧结温度或者保温时间不足，NbB₂扩散较慢，均质的含NbB₂的三元硼化物陶瓷预期会有更好的性能。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种铪铌基三元固溶体硼化物的导电陶瓷。该陶瓷的组织均匀，具有均一固溶体相、组元稳定、硬度高和导电率高的优点。

本发明另一目的在于提供上述铪铌基三元固溶体硼化物的导电陶瓷的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述铪铌基三元固溶体硼化物的导电陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：