[发明专利]一种基于缺陷调控的超高温陶瓷致密化方法、超高温陶瓷

说明书

本发明提供了一种基于缺陷调控的超高温陶瓷的致密化方法，所述方法包括：采用多种合成方法制备得到与每种合成方法对应的超高温陶瓷粉体；计算得到超高温陶瓷粉体的位错密度；基于计算得到的粉体的位错密度，确定多种合成方法分别得到超高温陶瓷粉体的混合比例；按照所述混合比例，将多种合成方法分别得到的超高温陶瓷进行混合以调控超高温陶瓷粉体缺陷浓度；将混合后的超高温陶瓷粉体进行烧结，得到超高温陶瓷；本发明通过计算位错密度并利用不同位错密度的粉体调控粉体缺陷，制备得到致密度高的超高温陶瓷。

技术领域

本发明涉及超高温陶瓷制备领域，特别是涉及一种基于缺陷调控的超高温陶瓷致密化方法、超高温陶瓷。

背景技术

超高温陶瓷材料(Ultrahigh-Temperature Ceramics，简称UHTCs)主要指高温环境(2000℃以上)和反应气氛中(如原子氧环境)能够保持化学稳定的一种特殊材料，通常包括硼化物、碳化物、氧化物在内的一些高熔点过渡金属化合物，由上述化合物组成的多元复合陶瓷材料统称为超高温陶瓷材料。这些高熔点过渡金属化合物中，TaC、ZrB₂、HfB₂、HfC等的熔点超过了3000℃，从而使得它们在极端高温条件下具有很大的应用潜力。然而，超高温陶瓷的熔点高也带来了强共价键，自扩散速率低的问题，导致其难以致密化，这是目前阻碍超高温陶瓷材料的工程化应用的主要难点。

超高温陶瓷材料制备主要包括粉体合成和粉体烧结两个部分，常见的超高温陶瓷粉体合成一般采用自蔓延法、溶胶凝胶法和碳热还原法。自蔓延法由于反应极高的升/降温速率使反应环境存在高的温度梯度致使生长着的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间存在相位差以及快速冷却体积变化的热应力而形成大量位错，进而粉体缺陷浓度高，粉体烧结活性高，但是自蔓延反应速率太快、反应进行不彻底、产物粒径粗大，且原材料成本高，不利于工业化生产。而溶胶凝胶法和碳热还原法反应升/降温速率缓慢，晶粒形核和生长时间充足，合成的超高温陶瓷粉体中位错密度较低，缺陷浓度低，粉体烧结活性低，难以通过常规烧结方法获得高致密化陶瓷。因此，提高超高温陶瓷粉体烧结活性，实现高致密化是超高温陶瓷材料的推向工程化亟需解决的技术难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于缺陷调控的超高温陶瓷致密化方法、超高温陶瓷。具体内容如下：

第一方面，本发明提供了一种基于缺陷调控的超高温陶瓷的致密化方法，所述方法包括：

采用多种合成方法制备得到与每种合成方法对应的超高温陶瓷粉体；

计算所述多种合成方法得到超高温陶瓷粉体的位错密度；

基于计算得到的各超高温陶瓷粉体的位错密度，确定多种合成方法分别得到超高温陶瓷粉体的混合比例；

按照所述混合比例，将多种合成方法分别得到的超高温陶瓷粉体进行混合以调控超高温陶瓷粉体缺陷浓度；其中，混合后的超高温陶瓷粉体位错密度位于10¹⁵m^-2及以上；

将所述混合后的超高温陶瓷粉体进行烧结，得到超高温陶瓷。

优选地，基于计算得到的各超高温陶瓷粉体的位错密度，确定多种合成方法分别得到超高温陶瓷粉体的混合比例，包括：

确定超高温陶瓷粉体的位错密度达到10¹⁵m^-2及以上对应的高位错密度超高温陶瓷粉体，以及位错密度在10¹⁵m^-2以下的低位错密度超高温陶瓷粉体；

以所述混合粉体中高位错密度超高温陶瓷粉体的质量分数为0.5％～75％为基准，确定多种合成方法分别得到的超高温陶瓷粉体的混合比例。

优选地，所述混合粉体中高位错密度超高温陶瓷粉体的质量分数为0.5％～50％。