[发明专利]一种高熵碳化物陶瓷纳米粉体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高熵碳化物陶瓷纳米粉体及其制备方法和应用。本发明的高熵碳化物陶瓷纳米粉体由金属氧化物粉体、碳粉、镁粉和NaF预压成片后进行烧结、水洗和酸洗制成，金属氧化物粉体由ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃中的至少四种按照等摩尔比组成。本发明的高熵碳化物陶瓷纳米粉体的粒径小、金属元素分布均匀、氧杂质含量低，且其制备方法具有操作简单、操作温度低、反应时间短、设备要求低等优点，适合进行大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及高熵粉体材料技术领域，具体涉及一种高熵碳化物陶瓷纳米粉体及其制备方法和应用。

背景技术

高熵合金的概念于2004年首次被叶均蔚教授提出，随着后期研究的发展，高熵合金被定义为由不少于四种主要元素组成且每种组成元素的质量百分含量在5％～35％的范围内的新型合金。受到高熵合金概念的启发，高熵这一概念也被扩展应用到了陶瓷材料领域。高熵陶瓷材料具有独特的性能和巨大的元素组成调控空间，近年来倍受关注。

目前，已经报道的高熵陶瓷材料主要包括高熵氧化物、高熵硼化物、高熵碳化物和高熵硅化物等。高熵碳化物陶瓷具有高硬度、高模量、低热导率以及良好的抗氧化性等优良特性，有望应用在航空航天发动机、空天飞行器热防护系统以及高速切削刀具等需要在极端环境下服役的部件之中。然而，现有的高熵碳化物陶瓷普遍存在粉体粒径大、元素分布不均匀以及氧杂质含量高等缺陷，应用受到很大限制。

因此，开发一种粉体粒径小、元素分布均匀、氧杂质含量低的高熵碳化物陶瓷纳米粉体具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵碳化物陶瓷纳米粉体及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种高熵碳化物陶瓷纳米粉体，其由金属氧化物粉体、碳粉、镁粉和NaF预压成片后进行烧结、水洗和酸洗制成，金属氧化物粉体由ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃中的至少四种按照等摩尔比组成。

优选的，所述金属氧化物粉体的总物质的量、碳粉的物质的量的比为1:1。

优选的，所述金属氧化物粉体中氧原子的总物质的量、镁粉的物质的量的比为1:1.55～1:1.65。

优选的，所述碳粉、NaF的摩尔比为1:2.0～1:3.4。

优选的，所述高熵碳化物陶瓷纳米粉体的粒径为20nm～40nm。

优选的，所述高熵碳化物陶瓷纳米粉体中氧杂质的质量百分含量为2.55％～3.48％。

优选的，所述高熵碳化物陶瓷纳米粉体中所有金属元素均匀分布。

上述高熵碳化物陶瓷纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：

1)将ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Cr₂O₃中的至少四种按照等摩尔比组成的金属氧化物粉体与碳粉、镁粉和NaF混合进行研磨，再预压成片，得到混合粉体压片；

2)将混合粉体压片置于保护气氛中进行煅烧，再进行水洗、酸洗和干燥，即得高熵碳化物陶瓷纳米粉体。