[发明专利]一种复合碳化物陶瓷粉体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种复合碳化物陶瓷粉体材料及其制备方法与应用，属于高熵陶瓷材料制备领域，在无水乙醇和乙酰丙酮混合液中，过渡金属氯化物的氯离子被取代，得到金属醇盐，金属醇盐与碳源反应得到碳化物液相前驱体，正硅酸乙酯在催化水解后与碳化物液相前驱体反应，得到复合碳化物陶瓷粉体材料，对该复合碳化物陶瓷粉体材料进行蒸馏、固化、高温热处理后，得到陶瓷粉体，采用液相聚合物前驱体法，通过含金属单体聚合的方式，获得元素分子级别均匀分散的陶瓷复合碳化物陶瓷粉体材料，其在高温陶瓷化过程中保持各组分均匀分布，促进原子迁移，从而有利于固溶体的生成，得到亚微米尺寸、各元素均匀分布的高温抗氧化陶瓷粉体。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷材料制备技术领域，特别是涉及一种复合碳化物陶瓷粉体材料及其制备方法与应用。

背景技术

与传统陶瓷材料相比，高熵陶瓷材料具有较优异的耐腐蚀性、抗氧化性、热稳定性以及高硬度、低导热等特性，广泛应用于航空航天、新能源等领域。

目前高熵碳化物陶瓷材料的制备方法主要为固相法，例如以金属碳化物粉体为原料，经高温和放电等离子烧结(SPS)制备；或者使用金属氧化物和石墨粉体经碳热还原反应制备；或者采用金属单质和石墨粉体通过球磨制备；或者将硼化物粉末加入乙醇，通过球磨、烘干、真空烧结得到超高温陶瓷材料。

专利CN103833368 A公开了一种高温抗氧化ZrB₂-SiB₆超高温陶瓷的制备方法，该超高温陶瓷原料包括硼化锆粉末和六硼化硅粉末，硼化锆粉末平均粒径为1～2μm，其纯度≥99％，六硼化硅粉末平均粒径为1～5μm，其纯度≥99％；将六硼化硅粉末与硼化锆粉末混合，放入无水乙醇中分散，在球磨机中混合，混好后将得到的浆料烘干，得到混合粉料，再将混合粉料研磨、过筛、真空或惰性气氛中热压烧结、自然冷却至室温，得到ZrB₂-SiB₆超高温陶瓷材料。

该现有技术中制备高熵碳化物陶瓷材料多以粉末状原料制备陶瓷粉体，受到原料尺寸的影响，所得陶瓷粉体的尺寸较大，分布不均一，无法得到纳米陶瓷粉体。

现有技术《(Ti_0.2Zr_0.2Nb_0.2Ta_0.2Mo_0.2)Cx基高熵碳化物陶瓷的制备与性能研究》(广东工业大学博士学论文罗嗣春公开日期2022.05.01)中公开了可以通过溶液法制备高熵陶瓷材料，其所得材料尺寸均一，达到纳米级别，但是其制备的高熵陶瓷材料并不具备高温抗氧化的性能。

因此，本领域亟需一种尺寸分布均一，同时具有高温抗氧化性能的纳米级陶瓷粉体的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合碳化物陶瓷粉体材料及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的问题。

本发明提供了一种复合碳化物陶瓷粉体材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备碳化物液相前驱体

将TiCl₄、ZrCl₄、HfCl₄、TaCl₅和NbCl₅加入无水乙醇和乙酰丙酮混合溶液中，反应后，加入碳源，继续反应，得到碳化物液相前驱体；

步骤二、制备正硅酸乙酯水解液

将正硅酸乙酯加入草酸水溶液中，反应，得到正硅酸乙酯水解液；

步骤三、制备复合碳化物陶瓷粉体材料；

将正硅酸乙酯水解液加入碳化物液相前驱体，反应后，冷却，得到复合碳化物陶瓷粉体材料。

进一步地，步骤一中所述碳源为糠醇、酚醛树脂、葡萄糖或水杨酸中的一种；