[发明专利]一种高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷及其制作方法

说明书

本发明涉及一种高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷及其制作方法，采用高熵合金、碳与氧化铝烧结，该高熵合金为含有的主要元素包括铁、钽、铬、钒、钛、锆、铌、硅，且每一种主要元素的原子百分含量介于5%至30%之；高熵合金添加量为组合物重量的1‑15wt%；碳添加量为组合物重量的0.5‑5wt%；制作方法为称取高熵合金、碳、氧化铝的粉末在球磨筒内进行混合，接着把球磨筒放在球磨机内进行至少5小时的球磨，然后向球磨筒中添加0.5‑2wt%乙烯醇粘结剂、0.5‑2wt%聚丙烯胺分散剂，再进行至少5小时的球磨；缷料后注入模具压制成型，然后在1300‑1900℃进行烧结，最后制得成品。

技术领域

本发明涉及一种氧化铝陶瓷及其制作方法，尤其是涉及一种以高熵合金碳氧化物为增韧剂所配制而成的高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷及其制作方法。

背景技术

氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al₂O₃）为主体的陶瓷材料。氧化铝陶瓷有耐腐蚀、耐高温、耐磨损、质量轻、成本低等优点。因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。

氧化铝陶瓷最大缺点是其本身的脆性很大。为了克服其脆性，目前的增韧方法主要有：（1）氧化锆增韧法。该方法通过向氧化铝中加入氧化锆，氧化锆发生相变促进陶瓷韧化；氧化锆促进氧化铝晶粒基体细化；氧化锆微粒阻碍裂纹扩展而韧化。（2）晶须、纤维增韧。在氧化铝中加入SiC、Si₃N₄等晶须或C、SiC等长纤维对氧化铝陶瓷进行复合增韧。晶须或纤维的加入可以增加断裂表面，即增加了裂纹的扩展通道。当裂纹扩展的剩余能量渗入到纤维(晶须)，发生纤维(晶须)的拔出、脱粘和断裂时，导致断裂能被消耗或裂纹扩展方向发生偏转等，从而使复合材料韧性得到提高。但当晶须、纤维含量较高时，由于其拱桥效应而使致密化变得困难，从而引起密度的下降和性能下降。（3）颗粒增韧。在氧化铝材料中加入一定粒度的具有高弹性模量的颗粒(如SiC、TiC、TiN等)可以在材料断裂时促使裂纹发生偏转和分叉，消耗断裂能，从而提高韧性。纳米颗粒复相陶瓷是在陶瓷基体中引入纳米级的第二相增强粒子，通常小于0.3um，可使材料的室温和高温性能大幅度提高，特别是强度值，上升幅度更大。

高熵合金是由5至10种合金元素组成,每种元素的含量摩尔百分比在5%至35%之间。由于高熵效应，合金更易形成简单的固溶体。高熵合金碳氧化物是一合金碳化物或氧化物,是碳和氧溶入高熵合金形成的化合物,当碳和氧的含量较少时,将显示出合金性能;当碳和氧溶入量较多时,将形成的是碳化物或氧化物。由于高熵合金在较高的温度时，存在高熵效应，具有阻止高熵合金及其碳化物或氧化物晶粒长大，从而使其容易保持纳米晶或微状态。当纳米晶高熵合金及其碳氧化物与氧化铝混合进行陶瓷烧结时，能够阻止氧化铝晶粒的长大，并且形成的部分高弹性模量的碳化物颗粒可以在材料断裂时促使裂纹发生偏转和分叉，消耗断裂能，从而提高陶瓷韧性。

发明内容

本发明涉及以高熵合金碳氧化物为增韧剂制作高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷及其制作方法。通过混合、研磨、成型、烧结等工序而制成的高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷。

本发明提供一种高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷组合物，包括高熵合金、碳和氧化铝，其特征是：所述高熵合金所含有的主要元素包括铁、钽、铬、钒、钛、锆、铌、硅。所述高熵合金添加量为组合物重量的1-15wt%。所述碳添加量为组合物重量的0.5-5wt%。高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷组合物的粒径为10纳米～100微米。

本发明还提供一种高熵合金碳氧化物增韧氧化铝陶瓷的制作方法，包括以下步骤：称取高熵合金、碳、氧化铝的粉末在球磨筒内进行混合，接着把球磨筒放在球磨机内进行至少5小时的球磨，然后向球磨筒中添加0.5-2wt%乙烯醇粘结剂、0.5-2wt%聚丙烯胺分散之剂，再进行至少5小时的球磨；缷料后注入模具压制成型，然后在1300-1900℃进行烧结，最后制得成品。