[发明专利]一种氧化物高熵陶瓷纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化物高熵陶瓷纤维的制备方法。本发明中的氧化物高熵陶瓷纤维包含Zr，Hf，Ti，Ce，Y，La，Gd，Er，Sm中5种元素。以所选元素对应的盐或前驱体为金属源，无水乙醇或无水甲醇为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮或聚氧化乙烯为助纺剂配置纺丝溶液，通过静电纺丝法制备前驱体纤维，并将前驱体纤维在空气中热处理可得到氧化物高熵陶瓷纤维。本发明制备的氧化物高熵陶瓷纤维直径均匀，具有较好的柔性。本发明不需要进行复杂的热处理，不需要气氛保护，制备工艺简单。

技术领域：

本发明涉及一种氧化物高熵陶瓷纤维的制备方法，属于高熵陶瓷领域。

背景技术：

高熵陶瓷是由等原子比或近等原子比的5～13种元素组成的多组元单一相固溶体。高熵陶瓷由于其具有热力学的高熵效应，结构上的畸变效应，动力学的滞迟扩散效应以及性能上“鸡尾酒”效应，因此具有较多优异的性能，在热防护，催化，能源储存，热压热电等方面有广泛的应用前景。

但现阶段对高熵陶瓷的研究主要集中于对陶瓷粉体，块体方面的研究，而对高熵陶瓷纤维研究较少。陶瓷纤维具有优良柔性，较大长径比以及比表面积等优点，因此高熵陶瓷纤维可进一步拓宽高熵陶瓷的应用领域以及进一步提高高熵陶瓷的性能。中国专利文件CN111592361A和CN111592358A分别公开了一种氮化物高熵陶瓷纤维以及碳化物高熵陶瓷纤维的制备方法。CN110204328A中公开了一种高熵氧化物陶瓷纤维的制备方法，以MgO、ZnO、NiO、CuO、CaO、CoO、ZrO2、CeO2、Al2O3、Gd2O3、La2O3、Er2O3、Y2O3、Fe2O3、Co3O4、CaCO3为原料制备出高熵氧化物陶瓷块体；然而，其需将原料混合制成生坯并在500℃下预处理，之后将样品在闪烁炉中处理后迅速放入冷水中淬冷，工艺较为复杂。

因此，提供一种工艺简单、不需要进行复杂的热处理，不需要气氛保护的氧化物高熵陶瓷纤维的制备方法，具有重要意义。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种通过利用所含元素前驱体进行静电纺丝来制备氧化物高熵陶瓷纤维的方法。

本发明的技术方案如下：

氧化物高熵陶瓷纤维的制备方法，包括步骤如下：

以Zr，Hf，Ti，Ce，Y，La，Gd，Er，Sm中至少五种元素的有机聚合物前驱体和/或其对应硝酸盐为金属源，无水甲醇或无水乙醇或其混合物为纺丝溶剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)或PVP和PEO的混合物为纺丝助剂配置纺丝液；金属源、纺丝溶剂、纺丝助剂的质量比为(10-30):(20-40):(0.06-0.15)；

纺丝液在4～10kV纺丝电压下静电纺丝得到氧化物高熵陶瓷前驱体纤维，将前驱体纤维在空气中进行热处理，得到氧化物高熵陶瓷纤维。

根据本发明，优选的，氧化物高熵陶瓷纤维中，各金属元素总含量占氧化物高熵陶瓷纤维总质量的5％～35％。

根据本发明，优选的，所述的高熵氧化物陶瓷纤维包含Zr，Hf，Ti，Ce，Y，La，Gd，Er，Sm中的5种元素，且各元素为等物质的量。

根据本发明，优选的，采用Zr，Hf，Ti，Ce，Y，La，Gd，Er，Sm中四种或四种及以上的有机物前驱体作为金属源，制备出的氧化物高熵陶瓷纤维质量较好。

根据本发明，优选的，金属源、纺丝溶剂、纺丝助剂的质量比为(15-20):(25-40):(0.075-0.1)。

根据本发明，优选的，纺丝液推进速度为1.5-3.5ml/h，纺丝环境湿度为10％-40％。

根据本发明，优选的，热处理温度为700℃-1100℃。