[发明专利]高熵二硅化物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵二硅化物及其制备方法。所述高熵二硅化物的化学式为(A_0.2D_0.2E_0.2G_0.2J_0.2)Si₂，其中，A、D、E、G、J为Ti、Zr、Nb、Mo、Hf和W中的任意五种不同的金属元素。制备方法为：将五种金属粉末与Si粉混合；所得混合粉体装入石墨模具，并置于放电等离子体烧结炉内，于1250‑1350℃、10‑80MPa的烧结条件下，在真空条件下或氩气气氛中，烧结5‑30分钟，制得高熵二硅化物。本发明通过放电等离子体烧结法制备出的高熵二硅化物，不仅具有高熵特征，还表现出了优异的力学性能，可作为高温结构件、高温发热元件、高温热防护材料，有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及高熵二硅化物及其制备方法，属于高温材料技术领域。

背景技术

金属二硅化物具有优异的高温抗氧化性能、导电性能和导热性能，可作为高温热防护材料、集成电路电极薄膜、高温结构件、高温发热元件等使用，如，MoSi₂、TaSi₂、NbSi₂、HfSi₂等。其中，MoSi₂的应用最为广泛，其不仅被用作航天器热结构部件的表面高温抗氧化涂层，还可作为高温发热体。该发热体在空气中使用温度可以高达1800℃。但是，MoSi₂的断裂韧性较低，导致其脆性大、易碎。这也是此类金属二硅化物共同存在的主要缺点之一。进一步提高金属二硅化物断裂韧性，是材料领域重要的追求目标。

研究发现，通过添加稀土氧化物、合金元素、晶须等，可以改善金属二硅化物的力学性能及抗氧化性能。如，在MoSi₂中引入少量稀土氧化物La₂O₃，可以使MoSi₂的室温断裂韧性从3.16MPa·m^1/2提高至5.62MPa·m^1/2，但材料的抗氧化性能有所降低[颜建辉，等，中国稀土学报25(2007)437-441]。另有研究表明，向MoSi₂中引入Al元素，不仅有利于促进材料烧结过程中的致密化，还可以有效提高其在500℃左右低温区域的抗氧化性能[GJ Zhang,et al.,Journal of Materials Science 34(1999)593-597.]。