一种碳化钛-碳化钽固溶体、制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及一种碳化钛

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛
‑
碳化钽固溶体、制备方法及其用途


[0001]本专利技术涉及陶瓷粉体制备
，具体涉及一种碳化钛
‑
碳化钽固溶体、制备方法及其用途。

技术介绍

[0002]过渡金属碳化物（也称为超高温陶瓷（UHTCs））因具有高熔点（>3000 ℃）、优异的机械性能，已经引起了研究人员的关注。然而，随着高超音速飞行器、太阳能聚光器和核反应堆的蓬勃发展，单组元碳化物已不能满足人们的需求。因此，将碳化物固溶化逐渐成为研究热点。过渡金属碳化物固溶体会展现出一些超越单组元碳化物的特性，归结于高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应。
[0003]碳化钛（TiC）和碳化钽（TaC）作为第IV、V副族过渡金属碳化物的典型代表（其中钛、钽金属原子半径分别为1.4和1.45 ），因具有高熔点、高强度、高硬度以及耐化学腐蚀等优异性能被视为制备超高温结构陶瓷的重要成员。TiC和TaC均属于立方NaCl型晶体结构，空间群为Fm3 ̅
m，其晶格常数分别为4.3302和4.4461 ，价电子浓度（VEC）也不相同，分别为8和9。然而，在传统工艺中，制备单相碳化钛
‑
碳化钽固溶体（（Ti,Ta）C）材料需要超高热处理温度（高达2000℃）且常伴随着压力辅助烧结工艺，对工业设备提出更高的要求，且消耗的能源更大，制备成本高，另一方面高制备温度也导致（Ti,Ta）C固溶体颗粒异常长大，限制该材料的应用。因此，需要对碳化钛
‑
碳化钽固溶体的制备方法和结构进一步改进。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种碳化钛
‑
碳化钽固溶体、制备方法及其用途。
[0005]本申请提供一种碳化钛
‑
碳化钽固溶体，其中在所述固溶体中，钛元素与钽元素的摩尔比为（0.11
‑
9）:1，并且所述固溶体的维氏硬度为16.5
‑
50 GPa。
[0006]本申请还提供一种制备上述碳化钛
‑
碳化钽固溶体的方法，其包括：（1）将钴粉末、碳化钛粉末和碳化钽粉末混合均匀，形成粉末混合物，（2）将所述粉末混合物在1450
‑
1700℃的温度下进行热处理，得到复合陶瓷块体，（3）将所述复合陶瓷块体置于强酸中，得到复合颗粒，（4）将步骤（3）中得到的复合颗粒清洗并干燥，得到所述碳化钛
‑
碳化钽（（Ti, Ta）C）固溶体。
[0007]本申请还提供上述碳化钛
‑
碳化钽固溶体的用途，其用于涂层材料、硬质合金、航空航天材料或催化剂中。
[0008]有益效果本申请的碳化钛
‑
碳化钽固溶体颗粒包含特定摩尔比的钛元素与钽元素，使得其结构稳定，并且相对于单组分的碳化钛或碳化钽，所述固溶体的维氏硬度更高，并且在维氏硬度方面具有固溶强化作用，从而极大地拓宽了用途范围。所述固溶强化作用是指碳化钛
‑
碳化钽固溶体的维氏硬度大于相应比例的碳化钛和碳化钽的硬度之和，也就是说碳化钛
‑
碳化钽固溶体在硬度方面具有协同效应。
[0009]本申请的方法通过控制热处理的温度和压力并调整所用原料的比例，使得制备过程中热处理温度相对于传统技术温度低，无需压力辅助设备，从而使消耗的能源降低，操作步骤简单。
附图说明
[0010]图1是本申请的实施例1所制备的（Ti
0.9
Ta
0.1
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0011]图2是本申请的实施例1所制备的（Ti
0.9
Ta
0.1
）C固溶体颗粒的SEM图，其中图（b）是图（a）的放大图。
[0012]图3是本申请的实施例2所制备的（Ti
0.8
Ta
0.2
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0013]图4是本申请的实施例2所制备的（Ti
0.8
Ta
0.2
）C固溶体颗粒的SEM图，其中图（b）是图（a）的放大图。
[0014]图5是本申请的实施例2所制备的（Ti
0.8
Ta
0.2
）C固溶体颗粒的EDS谱图。
[0015]图6是本申请的实施例3所制备的（Ti
0.7
Ta
0.3
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0016]图7是本申请的实施例3所制备的（Ti
0.7
Ta
0.3
）C固溶体颗粒的SEM图，其中图（b）是图（a）的放大图。
[0017]图8是本申请的实施例4所制备的（Ti
0.6
Ta
0.4
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0018]图9是本申请的实施例4所制备的（Ti
0.6
Ta
0.4
）C固溶体颗粒的SEM图，其中图（b）是图（a）的放大图。
[0019]图10是本申请的实施例4所制备的（Ti
0.6
Ta
0.4
）C固溶体颗粒的EDS图谱。
[0020]图11是本申请的实施例5所制备的（Ti
0.5
Ta
0.5
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0021]图12是本申请的实施例5所制备的（Ti
0.5
Ta
0.5
）C固溶体颗粒的SEM图，其中图（b）是图（a）的放大图。
[0022]图13是本申请的实施例5所制备的（Ti
0.5
Ta
0.5
）C固溶体颗粒的EDS图谱。
[0023]图14是本申请的实施例6所制备的（Ti
0.4
Ta
0.6
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0024]图15是本申请的实施例6所制备的（Ti
0.4
Ta
0.6
）C固溶体颗粒的SEM图，其中图（b）是图（a）的放大图。
[0025]图16是本申请的实施例6所制备的（Ti
0.4
Ta
0.6
）C固溶体颗粒的EDS谱图。
[0026]图17是本申请的实施例7所制备的（Ti
0.3
Ta
0.7
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0027]图18是本申请的实施例7所制备的（Ti
0.3
Ta
0.7
）C固溶体颗粒的SEM图，其中图（b）是图（a）的放大图。
[0028]图19是本申请的实施例8所制备的（Ti
0.2
Ta
0.8
）C固溶体颗粒的XRD图谱。
[0029]图20是本申请的实施例8所制备的（Ti
0.2
Ta
0.8<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛
‑
碳化钽固溶体，其中在所述固溶体中，钛元素与钽元素的摩尔比为（0.11
‑
9）:1，并且所述固溶体的维氏硬度为16.5
‑
50 GPa。2.根据权利要求1所述的固溶体，其特征在于，所述固溶体颗粒呈立方体结构形貌。3.根据权利要求2所述的固溶体，其特征在于，在所述立方体结构中，长宽比为（1.08
‑
1.34）:1。4.根据权利要求1或2所述的固溶体，其特征在于，所述固溶体的晶格常数为4.3308
ꢀ‑
4.4369。5.一种制备权利要求1
‑
4中任一项所述的碳化钛
‑
碳化钽固溶体的方法，其包括：（1）将钴粉末、碳化钛粉末和碳化钽粉末混合均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘通，耿欣，胡燕威，宋志强，徐文喆，杜言，曹丽霞，
申请(专利权)人：山东超探电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：