[发明专利]一种具有优异摩擦学性能的高熵陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有优异摩擦学性能的高熵陶瓷材料，该材料呈块体，其组成为(Hf‑Mo‑Nb‑Ta‑Ti‑)C，由下述质量百分比的原料制得：HfO₂ 21.2~21.9%，MoO₃ 14.5~15.0%，Nb₂O₅ 13.4~13.8%，Ta₂O₅ 22.3~23.0%，TiO₂ 8.0~8.3%和石墨粉末18.0~20.6%。同时，本发明还公开了该高熵陶瓷材料的制备方法。本发明在宽温域具有良好的摩擦学性能和力学性能，并且可实现特定温度的润滑，从而实现了陶瓷材料的结构/润滑功能一体化设计。

技术领域

本发明涉及高熵材料技术领域，尤其涉及一种具有优异摩擦学性能的高熵陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

结构材料的可靠性和稳定性对于高端装备机械系统的安全、稳定、高效运行起关键作用。随着高新技术的快速发展，新一代核反应堆、喷气发动机、火箭喷管、超音速飞行器等服役的工况越来越苛刻，对高性能高温材料的需求更为迫切。目前，主要是通过添加第二相（润滑相或耐磨相）来改善高温材料的高温摩擦学性能。尽管该方法可有效改善摩擦学性能，但是通常会导致其力学性能的严重恶化，造成材料综合使役性能的下降，不能胜任极端的苛刻工况。

近年来，“高熵”作为一种新型的材料设计理论引起了人们的极大关注。其中高熵碳化物陶瓷因其优异的综合性能和潜在的应用前景而备受关注。目前关于高熵碳化物陶瓷主要是对其制备、力学性能和热物理性能的研究，而与其相关的摩擦学性能的研究非常少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在宽温域具有优异摩擦学性能的高熵陶瓷材料。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该高熵陶瓷材料的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种具有优异摩擦学性能的高熵陶瓷材料，其特征在于：该材料呈块体，其组成为(Hf-Mo-Nb-Ta-Ti-)C，由下述质量百分比的原料制得：HfO₂ 21.2~21.9%，MoO₃ 14.5~15.0%，Nb₂O₅ 13.4~13.8%，Ta₂O₅ 22.3~23.0%，TiO₂ 8.0~8.3%和石墨粉末18.0~20.6%。

如上所述的一种具有优异摩擦学性能的高熵陶瓷材料的制备方法，其特征在于：首先按配比称取各原料，并将各原料置于球磨机中，然后在混合原料中加入其质量0.25~0.35倍的无水乙醇，混合均匀后，经烘干、过筛，得到粒径为5~20 μm的混合粉末；所述混合粉末装入石墨模具中，经放电等离子烧结，烧结结束后，再经高能球磨粉碎，即得粒径为0.1~1.5 μm的高熵陶瓷粉末；最后，所述高熵陶瓷粉末经放电等离子烧结，即得高熵陶瓷块体材料。

所述混合粉末的烧结条件是指真空度低于0.8 Pa，平均升温速度为50~150 ℃/min，烧结温度为1750~1850 ℃，压力为5~15 MPa，保温时间20~30 min。

所述高能球磨粉碎的条件是指球料比1.5：1~4：1，转速为250~300 r/min，球磨时间为4~6 h，磨罐和磨球均为碳化物硬质合金，球磨开始前充入氩气。

所述高熵陶瓷粉末的烧结条件是指真空度低于0.8 Pa，平均升温速度为100~150℃/min，烧结温度为1950~2050 ℃，压力为30~40 MPa，保温时间8~15 min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用“高熵”材料设计理念，明显不同于传统摩擦材料的设计思路（利用第二相来改善摩擦学性能），有效地避免了第二相对材料综合性能的影响。