[发明专利]一种高熵硼化物微纳陶瓷颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵硼化物陶瓷颗粒及其制备方法，所述的高熵硼化物陶瓷由Ti、V、Nb、Zr和B元素组成的单相固溶体，其化学式为(Ti_aV_bNb_cZr_d)B₂，且为六方晶体结构；其中，a，b，c，d的数值范围为5％～35％，且a+b+c+d＝1。本发明还提供了一种高熵陶瓷颗粒的制备方法。所述高熵硼化物通过将金属粉末、硼粉等原料粉体球磨混合、经高温合成反应以及浓盐酸萃取后干燥等步骤制备。取硼粉、钛粉、钒粉、铌粉，Al‑Zr合金粉混合，经球磨后得到原料粉末；将原料粉末用铝箔包裹，压坯后放入炉内，升温至指定温度(其中，升温速率为5‑20℃/min，指定温度范围为900～1600℃)，保温10～200min后取出试样，置于空气中冷却。将试样用浓盐酸浸泡除去杂质后便得到高熵硼化物陶瓷颗粒。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高熵硼化物陶瓷颗粒及其制备方法。

背景技术

硼化物陶瓷颗粒被广泛应用于各种领域。硼化物陶瓷颗粒可作为多元复合材料的重要组元，与各种材料组成复合材料，制作各种耐高温部件以及功能部件。随着使用性能等要求的不断提升，传统的单组分化合物的硬度、抗氧化性等多种性能逐渐难以满足日益提升的性能要求，因此要开发新的硼化物陶瓷颗粒。多元的硼化物由于具有自身的高熵效应和晶格畸变，所以多元硼化物的硬度、抗氧化性等多种性能优于单一金属硼化物。目前，具有较低空位浓度的六方晶体结构硼化物较难形成单相固溶体。距今为止，还未有研究人员合成出六方晶体结构的化学式为(Ti_aV_bNb_cZr_d)B₂的单项固溶体。当前，合成高熵硼化物常用的方法如高能球磨(HEBM)、放电等离子烧结(SPS)等操作复杂，对设备要求较高，成本较高，合成温度高，合成时间较长，无法大批量生产，难以应用在工业中。本发明对合成设备要求低，操作简单，能形成稳定的高熵硼化物单相固溶体，节省人力物力，易于应用到批量化生产中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵硼化物微纳陶瓷颗粒，其化学式为(Ti，V，Nb，Zr)B₂的六方密堆结构的单相固溶体。

本发明的另一个目的在于提供一种高熵硼化物微纳陶瓷颗粒及其制备方法，在铝熔体中产生原位反应合成多元金属硼化物；通过粉体加热合成的方法制备了多元金属硼化物材料，制备过程简单，节能环保，成本低，适用于工业化的生产和应用。

本发明提供的技术方案为：

(1)：分别选取硼粉纯度大于等于99.9％，粒径约为18μm；钛粉纯度大于等于99.9％，粒径约为29μm；钒粉纯度大于等于99.0％，粒径约为44μm；铌粉纯度大于等于99.9％，粒径约为30μm；Zr-Al合金粉纯度大于等于99.9％，粒径约为48μm；铝粉纯度大于等于99.9％，粒径约为30μm。其中，所述钛、钒、铌、Zr等元素及硼的摩尔比为a∶b∶c∶d∶2；a，b，c，d的数值范围为5％～35％，且a+b+c+d＝1，所述铝粉和硼粉的摩尔比为3∶1～8∶1；

按照各元素化学计量比，称取上述原材料粉末进行球磨混合，配制成不同成分含量的混合粉料。其中，球磨速度为60r/min，球磨时间为8h～12h，磨球材质为直径5mm～22mm的ZrO₂磨球，球料比为6∶1。

混料结束后，再取20g左右的混合粉料，再用Al箔包裹，将其置于圆柱形钢模中，用液压机压成直径约为28mm，高为10mm～12mm圆柱形压坯。

(2)：将所述混合粉料压坯置于坩埚中，置于充满高纯氩气的管式炉内反应。在氩气保护状态下加热至900～1600℃，保温10～200min，取出并在空气中冷却；其中，加热速率为5-20℃/min；得到硼化物多元陶瓷材料，用浓盐酸浸泡去除铝基体后便得到(Ti，V，Nb，Zr)B₂高熵硼化物微纳粉体。

本发明所述的有益效果：