[发明专利]一种长棒状β-SiAlON增韧的高熵碳化物陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高熵陶瓷材料领域，公开了一种长棒状β‑SiAlON增韧的高熵碳化物陶瓷及制备方法和应用。该高熵碳化物陶瓷是将微米级高纯度的TiC、ZrC、HfC、VC、WC、TaC、NbC中的任意五种碳化物等摩尔比混合作为高熵碳化物陶瓷基体，再加入Si₃N₄、Al₂O₃、AlN与烧结助剂Y₂O₃，经球磨得到混合粉体；分装入石墨模具中，在保护气氛下轴向施加压力30～40MPa，升温至1850～2200℃进行SPS烧结得到高熵碳化物陶瓷；本发明通过在高熵碳化物中加入Si₃N₄、Al₂O₃、AlN，烧结形成长棒状的β‑SiAlON实现对高熵碳化物陶瓷的增韧，提高其断裂韧性与抗弯强度，提高材料的烧结致密度。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷材料技术领域，特别涉及一种长棒状β-SiAlON增韧的高熵碳化物陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

“高熵”概念源自近十几年来对高熵合金的研究，借助反应物在制备过程中的“高熵效应”，制备出了性能优异、微观结构稳定的合金材料。随着制备工艺的发展，“高熵”理论渐渐应用到了非金属化合物的制备领域，诞生了“高熵陶瓷”材料。

五元“高熵陶瓷”化学式表示为(A_0.2B_0.2C_0.2D_0.2E_0.2)F_n，其中A、B、C、D、E为过渡金属元素，它们的摩尔量相等，F为陶瓷材料的体系，目前常见的体系有碳、硼、氧、硅等；材料具有优异的力学性能与化学稳定性，在高温的应用场合下力学性能和化学性质均十分稳定。

目前，高熵陶瓷的研究中，高熵碳化物陶瓷的制备已日趋成熟，不少学者基于高硬度碳化物制备了(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2M_0.2Ti_0.2)C，(M＝Nb,Mo,Cr)的高熵陶瓷，研究发现高熵化处理提高了材料的抗氧化能力、弹性模量与硬度，并显著降低了导热率，在高温冶金、发动机结构件、绝热件、支撑件等领域有宽阔的应用前景。

但该种材料的烧结较为困难，常用的制备方法需要相当高的烧结温度(＞2000℃)，且直接采用商业碳化物粉体进行固溶烧结制备得到的陶瓷材料相对密度较低(约为93％～95.1％)；同时成品材料韧性较差，仅能制备形状简单的零部件，这大大制约了此类材料的进一步应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种长棒状β-SiAlON增韧的高熵碳化物陶瓷的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的长棒状β-SiAlON增韧的高熵碳化物陶瓷。该高熵碳化物陶瓷利用加入的长棒状β-SiAlON作为第二相实现对高熵碳化物陶瓷的增韧，提高其断裂韧性与抗弯强度，并抑制基体中晶粒的生长，从而提高材料的烧结致密度。

本发明的另一目的在于提供一种上述长棒状β-SiAlON增韧的高熵碳化物陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：