一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5-SiC复相陶瓷制造技术

本发明专利技术属于高熵碳化物复相陶瓷技术领域，具体涉及一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑

【技术实现步骤摘要】
一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷


[0001]本专利技术属于高熵碳化物复相陶瓷
，具体涉及一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷。

技术介绍

[0002]高熵碳化物复相陶瓷(High
‑
Entropy Ceramics)一般是至少有一套晶格点阵由四种或四种以上等摩尔比或近似等摩尔比的金属元素组成的碳化物陶瓷。高熵碳化物往往具有简单晶体结构，相稳定，高熔点、高硬度、耐磨等特性。
[0003]高熵碳化物可通过金属碳化物固溶反应、单质化合、氧化物碳热还原、机械球磨辅助等方法制备。固溶反应法因其高的普适性，被广泛用于陶瓷材料制备。以金属一元碳化物为原料，经球磨混合，而后热压烧结或放电等离子烧结(SPS)。烧结过程中金属原子间相互扩散，形成了金属原子随机占据阳离子位点的多主元单相固溶体碳化物。金属高熵碳化物具有远高于其组元一元碳化物按照混合法则预测的硬度和杨氏模量。高的硬度使得高熵碳化物具有良好的耐磨损性能，金属元素摩擦氧化产物则因具有润滑作用而使高熵碳化物具有相对较低的摩擦系数。
[0004]目前，由多种金属元素固溶反应制备的高熵碳化物虽然具有高的硬度和模量，但是仍然存在很多问题，如：1、韧性并没有得到较大改善；2、以碳化物为原料，通过固溶反应制备高熵碳化物，往往需要在较高的SPS温度下(>2000 o
C)才能实现致密化(相对密度>97%)；3、无法避免高温下晶粒生长过快和尺寸过大的问题。而由这类高熵碳化物制备的高熵碳化物复相陶瓷也普遍存在相应的问题暨待解决。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中制备的高熵碳化物复相陶瓷存在的问题，克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷。本专利技术高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷是以金属碳化物和碳化硅(SiC)粉末为原料，采用放电等离子烧结，在较低温度下制得。本专利技术高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷的高熵相的晶粒得到了细化，复相陶瓷的硬度得到了提高，可达17
‑
18 GPa，且断裂韧性好，同时还具有优异的耐磨性，其平均比磨损率为(5.7
‑
8.1)
×
10
‑
8 mm
³
/N
•
m。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷，主要成分为(VNbTaMoW)C5和SiC。其中，SiC 的质量分数为5%
‑
30%。
[0007]本专利技术一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷，其制备方法包括以下步骤。
[0008]S01. 称料：按照等摩尔比称量金属碳化物VC、NbC、TaC、Mo2C和WC，加入质量分数为5%
‑
30%的SiC，混合。
[0009]S02. 球磨：将步骤S01混合得到的原料装入硬质合金球磨罐，加入无水乙醇，加入硬质合金球，球料比为（5
‑
10）:1，球磨混合8
‑
12 h。
[0010]S03. 干燥：将步骤S02球磨混合得到的物料置于100 ℃真空干燥箱中，充分干燥。
[0011]S04. 烧结：将步骤S03干燥后的粉末装入石墨模具中，在压力30
‑
40 MPa以及真空25
‑
50 Pa条件下在SPS中烧结；以100
‑
160℃/min从室温升至650 ℃，同时压力上升为24 MPa；再以80
‑
140 ℃/min升温至1600 ℃，同时压力由24 MPa上升至30 MPa；最后以60 ℃/min升温至烧结温度1700
ꢀ–ꢀ
2100 ℃，同时压力保持30 MPa或上升至30
ꢀ‑ꢀ
40 MPa，保温保压5
‑
15 min。
[0012]S05. 卸压冷却：待步骤S04烧结结束后，卸压至初始压力，随炉冷却。
[0013]由上述方法所得复相陶瓷的基体(VNbTaMoW)C5为面心立方结构，SiC为第二相。
[0014]由上述方法所得复相陶瓷SiC含量5
‑
30%。
[0015]由上述方法所得复相陶瓷相对密度为89.4
ꢀ‑ꢀ
100 %，其维氏硬度和断裂韧性分别为 17
ꢀ‑ꢀ
18.3 GPa 和 4.5
ꢀ‑ꢀ
5.7 MPa
•
m
1/2
。
[0016]本专利技术的专利技术人团队以金属碳化物和SiC为原料，采用SPS制备了高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷，研究SiC含量对复相陶瓷相对密度，微结构，力学和摩擦磨损性能的影响，研究结果对高韧性高熵碳化物耐磨材料的制备具有很好的指导作用。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有如下突出的实质性特点和显著进步。
[0018](1)本专利技术在1700
‑
2100 o
C，30
‑
40 MPa下采用放电等离子烧结制备了(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷。复相陶瓷的基体(VNbTaMoW)C5为面心立方结构，SiC为第二相。SiC的引入细化了高熵相的晶粒。当SiC含量至20%以上，复相陶瓷相对密度达到99.2%以上。复相陶瓷的断裂方式随SiC含量增加由穿晶断裂转变为混合断裂。
[0019](2)本专利技术所得复相陶瓷的硬度约为17
‑
18 GPa；当SiC含量为20% 时，复相陶瓷的相对密度为99.2%，其维氏硬度和断裂韧性分别为18.2 GPa和5.7 MPa
•
m
1/2
。
[0020](3)本专利技术所得复相陶瓷具有优异的耐磨性能，其平均比磨损率仅为(5.7
‑
8.1)
×
10
‑
8 mm
³
/N
·
m。
附图说明
[0021]图1：HEC
‑
SiC复相陶瓷的XRD图。
[0022]图2：HEC
‑
SiC复相陶瓷的抛光面的SEM图。
[0023]图3：HEC
‑
SiC断面的SEM图。
[0024]图4：HEC
‑
SiC复相陶瓷的摩擦系数随时间的变化图。
[0025]图5：HEC10磨痕的SEM图(a)和三维表面轮廓图(b)。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明，但本专利技术的内容并不局限于此。
[0027]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷，其特征在于：主要成分为(VNbTaMoW)C5和SiC，所述SiC 的质量分数为5%
‑
30%。2.如权利要求1所述的一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5‑
SiC复相陶瓷，其特征在于：所述复相陶瓷，其制备方法包括以下步骤：S01. 称料：按照等摩尔比称量金属碳化物VC、NbC、TaC、Mo2C和WC，加入质量分数为5%
‑
30%的SiC，混合；S02. 球磨：将步骤S01混合得到的原料装入硬质合金球磨罐，加入无水乙醇，加入硬质合金球，球料比为（5
‑ꢀ
10）:1，球磨混合8
‑
12 h；S03. 干燥：将步骤S02球磨混合得到的物料置于100 ℃真空干燥箱中，充分干燥；S04. 烧结：将步骤S03干燥后的粉末装入石墨模具中，在压力 30
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40 MPa以及真空25
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50 Pa条件下在SPS中烧结；以100
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160 ℃/min从室温升至650 ℃，同时压力上升为24 MPa；再以 80
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140 ℃/min升温至1600 ℃，同时压力由24 MPa上升至30 MPa；最后以60 ℃/min升温至烧结温度 1700
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2100 ℃，同时压力保持30 MPa或上升至40 MPa，保温保压5
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15 min；S05. 卸压冷却：待步骤S04烧结结束后，卸压至初始压力，随炉冷却。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：海万秀，张海，伍子豪，张舒博，陈宇红，刘美玲，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：