[发明专利]一种致密超硬的高熵硼化物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，公开了一种新致密超硬的高熵硼化物陶瓷及其制备方法和应用。所述(M1_xM2_yM3_zM4_nM5_m)B₂陶瓷是以金属氧化物、B₄C和石墨粉为原料，球磨混合后压制成坯体；热处理得高熵硼化物陶瓷粉末；升温至1000～1400℃时充入保护气氛，然后升温至1800～2200℃煅烧制得(M1_xM2_yM3_zM4_nM5_m)B₂致密超硬陶瓷；0.1≤x≤0.9，0.1≤y≤0.9，0.1≤z≤0.9，0.1≤n≤0.9，0.1≤m≤0.9，且x+y+z+n+m＝1。陶瓷材料的相对密度98％，硬度为32～45GPa，断裂韧性3～10MPa·m^1/2，碳含量为0.1～1wt％。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种致密超硬的高熵硼化物陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

高熵陶瓷是一类含有五种或五种以上元素的新型结晶固相溶液，由于其独特的物理性质和潜在的应用前景而备受关注。到目前为止，许多研究集中在高熵合金上，其表现出优异的力学性能、耐腐蚀性能和热性能。与金属高熵合金相比，已经发现了一些高熵陶瓷，特别是非氧化物体系。其中，过渡金属的碳化物、硼化物和氮化物被认为是超高温陶瓷(UHTCs)，发展高熵UHTCs对于进一步拓宽其作为结构元件的应用具有重要意义。

关于高熵陶瓷的制备，有学者采用高能球磨机结合SPS工艺在2300℃下成功制备了致密的高熵碳化物陶瓷(Hf-Ta-Zr-Ti)C和(Hf-Ta-Zr-Nb)C的固溶体，并且，此时(Hf-Ta-Zr-Nb)C体系的硬度显著提高至36.1GPa。Gild等人合成了一系列高熵硼化物陶瓷，包括(Hf_0.02Zr_0.02Ta_0.02Nb_0.02Ti_0.02)B₂和(Hf_0.2Zr_0.2Mo_0.2Nb_0.2Ti_0.2)B₂等，其相对密度为～92％，维氏硬度也达到了较高的值(高达22.5GPa)。目前，高熵硼化物陶瓷的制备面临的主要挑战是致密化，致密化改善可以使得材料获得更高的硬度。为了在中等温度下达到致密化，避免晶粒生长异常，有必要提高高熵陶瓷粉末的烧结活性。采用高能球磨工艺降低颗粒尺寸，虽然可以形成固溶但是无法避免在高能铣削过程中产生的污染。同时，陶瓷还存在脆性较大问题的通性，提高高熵陶瓷的韧性是促进高熵陶瓷应用的关键技术问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种致密超硬的高熵硼化物陶瓷。该陶瓷具有均一固溶体相的、组元稳定的、致密超硬的高熵陶瓷。

本发明另一目的在于提供上述致密超硬的高熵硼化物陶瓷的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述致密超硬的高熵硼化物陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：