[发明专利]单相单一晶体结构多组元过渡金属共价键化合物及其制备方法

说明书

本发明提供了一种单相单一晶体结构多组元过渡金属共价键化合物及其制备方法，先制备复合粉体，复合粉体的化学成分为多组元过渡族金属Ti、Cr、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W的碳化物、氮化物中的至少三种或三种以上组元组成，配比中至少有一个组元为非化学计量比，将复合粉体球磨后，装入石墨模具置于马弗炉或热压烧结机直接热压烧结，烧结温度：1000℃‑1700℃，保温时间：10‑60min，升温速度：10‑30℃/min，压头压力：50MPa，然后自然冷却至1000℃以下泄压，冷却至300℃以下停止抽真空；冷却至60℃以下取出烧结体。本发明烧结温度低、能够保持和提高烧结体的硬度、强度和断裂韧性。

本申请为2015年12月09日提交中国专利局、申请号为CN201510899919.3、发明名称为“单相单一晶体结构多组元过渡金属共价键化合物制备方法”的中国专利申请的分案申请，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种化合物及其制备方法。

背景技术

过渡金属碳化物、氮化物具有强的共价键，使此类化合物都具有一系列超越其他材料的优异的性能，例如极高的熔点，较高的硬度，很好的耐磨性，强抗腐蚀性，耐磨损等，正是具有这些性能使得这类材料在高温和耐磨等众多领域都得到广泛应用。但这些材料也同时具备共同的弱点：脆性大和难烧结，这两大问题在一定程度上限制了这类材料更广泛的应用。例如，为了解决使用中的脆性断裂问题，通常是在材料中添加不同的纤维。而极高的烧结温度，又对纤维材料的选择成为问题。如常用的Al₂O₃、SiC等纤维，很难在超高温下完整存在。SiC纤维在温度超过2200℃将分解，目前还没有超过这一温度的新的品种。另一方面，即使采用较高的烧结温度，多种这类化合物一般都会得到多相混合物的烧结组织，而这些多相混合组织使这类材料的物理的或力学的性能变得复杂，如不同相的影响、相界面的影响，等等。目前，人们为了改善其烧结活性采用了向材料中添加烧结助剂的办法，利用的原理是通过加入低熔点的物质从而使材料在较低温度下产生液相，进而降低烧结温度；另外，为了提高材料的韧性，尽量减少或者避免脆性断裂的发生，人们经常使用的方法是在材料中形成弱界面。这样做虽然在一定程度上改善了烧结活性和韧性，但这是以牺牲材料的整体性能为代价的。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种烧结温度低、能够保持和提高烧结体的硬度、强度和断裂韧性的单相单一晶体结构多组元过渡金属共价键化合物及其制备方法。本发明主要是对多组元过渡族金属Ti、Cr、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W的碳化物、氮化物为原料通过烧结制备成单相的共价键晶体结构化合物块体材料。

本发明的制备方法如下：

1、制备复合粉体：复合粉体的化学成分为多组元过渡族金属Ti、Cr、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W的碳化物、氮化物；

2、将上述一种非化学计量比共价键化合物TiN_X或TiC_X与另外两种或两种以上的共价键化合物均匀混合，所述非化学计量比共价键化合物中0.3≤X≤0.8，另外两种或两种以上的共价键化合物按等摩尔的比例，允许误差±0.1mol.；

3、将上述混合料装入球磨罐中，然后将球磨罐密封后安装在球磨机上进行球磨混料，球磨机转速为60-100r/min，球磨时间为4h；打开球磨罐，将混合好的料取出，根据混合料的理论密度计算，称取需获得致密烧结体需要的复合粉体，并装入事先准备好的石墨模具中，将上下压头塞入密封；