一种高熵硼化物纳米粉体及其溶胶-凝胶制备方法技术

本发明专利技术提供一种高熵过渡金属二硼化物材料及其溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种高熵硼化物纳米粉体及其溶胶
‑
凝胶制备方法


[0001]本专利技术属于超高温结构材料和纳米材料制备
，具体涉及一种高熵硼化物纳米粉体及其溶胶
‑
凝胶制备方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]高熵过渡金属二硼化物陶瓷属于超高温陶瓷，具有高熔点(大于3000℃)，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，且可以在2000℃的高温环境服役，并在机械加工、航空航天、耐磨涂层等领域具有非常广阔的应用前景。相比于单一组元的硼化物陶瓷，由于高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应，高熵过渡金属二硼化物陶瓷具有更加优异的性能，如更高的硬度和更佳的抗氧化性能。然而与其他陶瓷材料一样，高熵过渡金属二硼化物陶瓷也饱受其本征脆性的困扰。
[0004]过渡金属二硼化物高熵陶瓷通常具有六方晶体结构，在c轴方向上，过渡金属原子层与硼原子层交替排列，五种过渡金属元素随机占据金属原子层的位点，硼原子层内以共价键的方式结合，硼原子层与金属原子层之间以离子键结合。由于化学键极强，过渡金属二硼化物高熵陶瓷具有很高的熔点和较低的自扩散系数，因此其单一相粉体的制备和陶瓷的烧结条件都极为苛刻，如需要极高的温度或极高的压力。这使得纳米高熵过渡金属二硼化物粉体的制备更加困难。
[0005]目前，关于高熵过渡金属二硼化物材料的制备方法有很多，主要包括硼热还原法、硼/碳热还原法、熔盐法、自蔓延高温烧结法、SPS直接烧结法以及高压烧结法等。然而这些方法制备出的高熵过渡金属二硼化物粉体的粒径都较为粗大或仅报道了四组元高熵硼化物的制备，且具有氧杂质以及其他杂质。溶胶
‑
凝胶法是一种可高效产出纳米粉体的液相制备方法，但专利技术人发现，目前还没有关于高熵过渡金属二硼化物粉体的溶胶
‑
凝胶法制备的研究，也没有关于其高熵(Hf
0.2
Nb
0.2
Cr
0.2
Ta
0.2
Mo
0.2
)B2纳米粉体的研究及报道。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种高熵硼化物纳米粉体及其溶胶
‑
凝胶制备方法。本专利技术以过渡金属氯化物或有机物前驱体为金属源，以硼酸和山梨醇分别为硼源和碳源，以柠檬酸和乙二醇为络合剂，通过调控粉体煅烧温度和保温时间，实现其在较低温度下的固溶，形成纳米尺寸的单一相粉体，具有良好的实际应用之价值。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供一种高熵过渡金属二硼化物材料，所述高熵过渡金属二硼化物材料其名义分子式为(Hf
0.2
Nb
0.2
Cr
0.2
Ta
0.2
Mo
0.2
)B2。
[0009]需要说明的是，本专利技术所述高熵过渡金属二硼化物材料，其中同一位中元素配比可以根据实际需求进行调控，且具有六方晶系结构，晶胞由过渡金属原子层与B原子层在c方向交替堆垛而成，五种过渡金属原子在过渡金属原子层随机分布。
[0010]本专利技术的第二个方面，提供上述高熵过渡金属二硼化物材料的溶胶
‑
凝胶制备方法，所述方法包括：
[0011]将Hf源、Nb源、Cr源、Ta源、Mo源、B源和碳源溶解于有机溶剂中，充分溶解，形成透明溶液，Hf、Nb、Cr、Ta和Mo的摩尔比为0.1
‑
1:0.1
‑
1:0.1
‑
1:0.1
‑
1:0.1
‑
1，过渡金属的总和与硼的摩尔比为1:2
‑
3；
[0012]向透明溶液中加入柠檬酸和乙二醇，继续加热络合反应，得到透明溶胶；
[0013]将所述透明溶胶干燥后，得到干凝胶，将干凝胶研磨后，煅烧，即得；
[0014]各金属源为各金属元素的氯化物或有机物前驱体；硼源为硼酸，碳源为山梨醇。
[0015]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0016]1)上述技术方案五种过渡金属氯化物和有机物前驱体、硼酸粉末和山梨醇为原料，通过溶解、搅拌加热、干燥和煅烧，实现高熵硼化物的单相形成。获得的高熵过渡金属二硼化物材料具有纯度高、粒径小、元素分布均匀的优点；
[0017]2)本专利技术采用的溶胶
‑
凝胶制备方法，属于液相法，可以使不同金属离子实现原子级别的混合，且工艺简单，可以生产出粒径为纳米级的高熵硼化物粉体，因此具有良好的实际应用之价值。
附图说明
[0018]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0019]图1是本专利技术实施例1制备出的高熵(Hf
0.2
Nb
0.2
Cr
0.2
Ta
0.2
Mo
0.2
)B2粉体的X射线衍射图谱；
[0020]图2为本专利技术实施例1制备出的高熵(Hf
0.2
Nb
0.2
Cr
0.2
Ta
0.2
Mo
0.2
)B2粉体的扫描电镜照片。
具体实施方式
[0021]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本专利技术的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本专利技术实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本专利技术的保护范围。
[0023]第一方面，本专利技术提供一种高熵硼化物纳米粉体的溶胶
‑
凝胶制备方法，包括如下步骤：
[0024]将Hf源、Nb源、Cr源、Ta源、Mo源、B源和碳源溶解于有机溶剂中，充分溶解，形成透明溶液，Hf、Nb、Cr、Ta和Mo的摩尔比为0.1
‑
1:0.1
‑
1:0.1
‑
1:0.1
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1:0.1
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1，过渡金属的总和与硼的摩尔比为1:2
‑
3；
[0025]向透明溶液中加入柠檬酸和乙二醇，继续加热络合反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵硼化物纳米粉体的溶胶
‑
凝胶制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将Hf源、Nb源、Cr源、Ta源、Mo源、B源和碳源溶解于有机溶剂中，充分溶解，形成透明溶液，Hf、Nb、Cr、Ta和Mo的摩尔比为0.1
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1:0.1
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1:0.1
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1:0.1
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1:0.1
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1，过渡金属的总和与硼的摩尔比为1:2
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3；向透明溶液中加入柠檬酸和乙二醇作为络合剂，继续加热、搅拌促进反应，得到透明溶胶；将所述透明溶胶干燥后，得到干凝胶，将干凝胶研磨后，煅烧，即得；各金属源为各金属元素的氯化物或有机物前驱体；硼源为硼酸，碳源为山梨醇。2.根据权利要求1所述的高熵硼化物纳米粉体的溶胶
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凝胶制备方法，其特征在于：Hf、Nb、Cr、Ta和Mo的摩尔比为0.2
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1:0.2
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1:0.2
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1:0.2
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1:0.2
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1；优选的，Hf、Nb、Cr、Ta和Mo的摩尔比为1:1:1:1:1。3.根据权利要求1所述的高熵硼化物纳米粉体的溶胶
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凝胶制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为无水乙醇。4.根据权利要求1所述的高熵硼化物纳米粉体的溶胶
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凝胶制备方法，其特征在于：加热络合过程中不断搅拌；优选的，络合反应的温度为50
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【专利技术属性】
技术研发人员：毕见强，杨瑶，乔琳晶，梁关东，王弘毅，王绍印，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：