[发明专利]一种高熵过渡金属二硼化物及其制备方法

说明书

本发明属于超高温结构材料制备领域，提供了一种高熵过渡金属二硼化物材料及其制备方法，属于超高温陶瓷材料制备技术领域。该高熵过渡金属二硼化物材料的名义分子式为(Hfsubgt;0.2/subgt;Zrsubgt;0.2/subgt;Tasubgt;0.2/subgt;Vsubgt;0.2/subgt;Nbsubgt;0.2/subgt;)Bsubgt;2/subgt;，其中过渡金属元素配比可以根据实际需求进行调控。本发明中该高熵过渡金属二硼化物材料具有纯度高、粒径小、元素分布均匀的特点，在超高温材料领域有极好的应用前景。同时本发明采用的硼/碳热还原方法，工艺简单，生产效率高，不仅解决了大批量生产的问题，而且能耗低，可重复性好，因此具有良好的实际应用之价值。

技术领域

本发明属于超高温结构材料制备技术领域，具体涉及一种高熵过渡金属二硼化物单相材料及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

超高温陶瓷是指熔点高于3000℃且可以在2000℃的高温环境下使用的一类陶瓷材料。过渡金属二硼化物陶瓷是超高温陶瓷的重要体系之一，具有高硬度、高熔点、高电导率、抗氧化、耐腐蚀、高温稳定等优良特性，在机械加工、航空航天、耐磨涂层等领域具有广阔的应用前景。然而过渡金属硼化物陶瓷同样饱受陶瓷本征脆性的困扰，且随着科学技术的不断发展，对材料的要求也逐渐提高，传统的单组元过渡金属硼化物陶瓷已无法满足当前需求，亟需发展新的材料。

高熵效应对材料性能的提升具有重要的作用，高熵材料具有四大核心效应，分别为高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应，这四大效应赋予了高熵材料高硬度、高强度、高温稳定性和良好的耐腐蚀性等优异的物理、化学性能。相比于单一组元的硼化物陶瓷，高熵过渡金属二硼化物陶瓷具有更加优异的性能，如更高的硬度和更好的抗氧化性能。高熵过渡金属二硼化物是一种过度金属原子层和硼原子层在C轴方向交替排列的具有AlB₂型六方晶体结构(P6/mmm)的化合物。组分对于高熵过渡金属二硼化物的性能具有重要影响。

目前为止，大量学者对高熵过渡金属二硼化物的组分和力学性能进行了探究。研究发现，高熵过渡金属二硼化物往往具有优良的稳定性和超高的硬度，如高熵陶瓷(Ta_0.2Nb_0.2Zr_0.2Cr_0.2Ti_0.2)B₂和(Ta_0.167Nb_0.167Zr_0.167Hf_0.167Ti_0.167Cr_0.167)B₂可在0-52.7GPa的超高压力下保持相稳定，(Cr_0.2Hf_0.2Ta_0.2Ti_0.2Zr_0.2)B₂在0.49N的载荷下测得硬度为48.3±2.3GPa。不同组分的高熵过渡金属二硼化物在显微结构和性能上往往表现出较大的差异，因此，通过组分调整来调控高熵过渡金属二硼化物材料体系的性能具有重要意义。但目前高性能高熵过渡金属二硼化物及其制备方法仍有待研究。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2V_0.2Nb_0.2)B₂的高熵过渡金属二硼化物材料。本发明以金属氧化物粉末、碳化硼和碳粉为原料，通过调控前驱体的配比和混料方式，实现其在较低温度下的固溶，形成单一相粉体，具有良好的实际应用之价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：