[发明专利]一种(ZrTiCoNb)C高熵碳化物陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明属于高熵陶瓷材料技术领域，公开了一种(ZrTiCoNb)C高熵碳化物陶瓷材料及其制备方法，所述制备方法包括：将锆源、钛源、钴源、铌源以及碳源通过机械研磨混合均匀，获得混合粉体；随后将获得的混合粉体预压制坯后，于1200～2000℃微波烧结1～2h，即得高熵碳化物陶瓷材料。本发明方法合成成本低且合成效率高，且通过本发明方法制得的高熵碳化物陶瓷材料，具有较低的氧含量以及较细的晶粒尺寸。

技术领域

本发明涉及高熵陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种(ZrTiCoNb)C高熵碳化物陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

高熵最初的概念是从高熵合金的发展得到的，已经形成了一种新的材料理论概念，已成为现在材料领域研究者们关注的热点。高熵材料突破了传统复合材料的限制，为开发新的材料体系打开了空间。高熵材料具有优良的性能，在热和环境保护，热电水分解催化和能源储存等方面有广泛的应用，由于体系内包含了多种组元，提高了整个陶瓷系统内部的混乱程度，同时也增加了系统的构型熵值。由于其特殊的微观结构，高熵陶瓷在基础科学研究或实际应用方面都具有巨大的潜力。

传统烧结高熵碳化物陶瓷材料方法有热压烧结、马弗炉烧结等，这些传统烧结方法都有同样的缺点，传统烧结方式加热样品是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料内部，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故物料加热不均匀，致使物料出现局部过热，也会导致样品烧结时间过长，能源利用不充分，成本高，污染大。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种(ZrTiCoNb)C高熵碳化物陶瓷材料及其制备方法，本发明采用微波烧结的方法，可以有效提高烧结速率，缩短整体烧结时间，提高能源利用效率。

本发明的一种(ZrTiCoNb)C高熵碳化物陶瓷材料及其制备方法是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种(ZrTiCoNb)C高熵碳化物陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

将锆源、钛源、钴源、铌源以及碳源通过机械研磨混合均匀，获得混合粉体；随后将获得的混合粉体预压制坯后，于1200～2000℃微波烧结1～2h，即得高熵碳化物陶瓷材料。

进一步地，所述微波烧结的加热加热频率为2.45GHz；，烧结温度为1200～2000℃，烧结时间为1～2h，升温速率为10～50℃/min。

进一步地，机械研磨后，所述混合粉体的平均粒径为0.1～1μm。

进一步地，所述锆源、钛源、钴源、铌源以及碳源的直径均为1～3μm。

进一步地，所述混合粉体预压制坯是将混合粉体置于模具中，在7～12MPa的压力下预压1～2min而制得的；其中，坯体的厚度为3～5mm。

进一步地，所述机械研磨为湿式球磨，湿法球磨的球料比为3～6:1，控制剂为无水乙醇或丙酮，球磨转速为200～300r/min。

进一步地，所述锆源为锆氧化物；所述钛源为钛氧化物；所述钴源为钴氧化物；所述铌源为铌氧化物；所述碳源为碳黑。

进一步地，所述锆氧化物为ZrO₂；所述钛氧化物为TiO₂；所述钴氧化物为CoO；所述铌氧化物为Nb₂O₅。

进一步地，所述锆源、钛源、钴源、铌源以及碳源的摩尔比为1:0.5～2:0.5～2:0.5～2:1～3。

进一步地，所述锆源、钛源、钴源、铌源以及碳源的摩尔比为1:1:1:1:2。

本发明的第二个目的是提供一种根据上述的制备方法制得高熵碳化物陶瓷材料。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：