一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于非氧化物陶瓷基复合材料技术领域，公开了一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用。该复相陶瓷是将高熵碳化物(Ti

【技术实现步骤摘要】
一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于非氧化物陶瓷基复合材料
，更具体地，涉及一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用。
技术背景
[0002]高熵碳化物陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高耐磨性和高化学稳定性等优异性能，可应用于航空航天、高速切削刀具、军事装备和核能等领域。相较于传统过渡金属一元碳化物陶瓷材料，高熵碳化物陶瓷具有多样的元素组合和简单的单一相结构，在成分设计上拥有很大的发挥空间，是传统过渡金属一元碳化物陶瓷的理想替代材料。然而，由于高熵碳化物特殊的晶体结构，导致其断裂韧性低于传统的过渡金属一元碳化物陶瓷，限制了其进一步应用。故开发提升高熵碳化物陶瓷断裂韧性的有效手段，成为了现下研究者的研究重点。
[0003]高熵硼化物陶瓷属于超高温材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，引起了研究者的广泛关注。其有望成为超音速飞行器、火箭发动机等极端环境下的候选材料。高熵硼化物陶瓷的维氏硬度显著高于高熵碳化物陶瓷，将高熵硼化物以第二相的形式引入高熵碳化物陶瓷有望进一步提升高熵碳化物陶瓷的维氏硬度和高温性能。同时，晶须作为传统的增韧材料已被证明对高熵碳化物陶瓷具有很好的增韧效果。
[0004]目前，多采用直接添加高熵硼化物及晶须的方法来实现对高熵碳化物的增硬增韧，这种方法成本高、工艺复杂，且易受到原材料品质的影响。然而在高熵金属非氧化物陶瓷基材料领域，尚未报道过原位生成SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷材料。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本专利技术的目的在于提供一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷。该复相陶瓷具有致密的结构。原位生成的SiC晶须和高熵硼化物均匀的分布在高熵碳化物基体中，极大地提高了复相材料的维氏硬度和断裂韧性。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷的制备方法。该方法采用放电等离子烧结或热压烧结，将高熵碳化物(Ti
0.2
Zr
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Ta
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Mo
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)C
‑
SiB6混合粉体通过原位反应制得SiC晶须增硬增韧的高熵碳化物复相陶瓷。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供上述SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷的应用。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：
[0009]一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷，所述的复相陶瓷是将高熵碳化物(Ti
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Zr
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)C粉体和SiB6混合，制得(Ti
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Zr
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Ta
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)
C
‑
SiB6混合粉体；将上述混合粉体加入无水乙醇，超声搅拌制得浆料；经辊式球磨机球磨、干燥和过筛后装入石墨模具，干压成坯体；在保护气氛下，将坯体在压力为20～40MPa，1800～2000℃进行放电等离子烧结或者热压烧结制得。
[0010]优选地，所述的复相陶瓷的相对密度大于98％，维氏硬度为23～26GPa，断裂韧性为4～6MPa
·
m
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。
[0011]优选地，所述的高熵碳化物(Ti
0.2
Zr
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Nb
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Ta
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Mo
0.2
)C粉体的粒径为30nm～1μm；所述的SiB6粉体的粒径为1～6μm。
[0012]优选地，以(Ti
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Zr
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Nb
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Ta
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Mo
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)C粉体和SiB6粉体的总质量为100％计，(Ti
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Zr
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Nb
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Ta
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Mo
0.2
)C粉体的质量百分比为90～99wt.％，SiB6粉体的质量百分比为1～10wt.％。
[0013]所述的SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1.将高熵碳化物(Ti
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Zr
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Ta
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)C粉体和SiB6混合，制得(Ti
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)C
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SiB6混合粉体；
[0015]S2.将(Ti
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)C
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SiB6混合粉体加入无水乙醇，超声搅拌制得浆料；然后将氮化硅介质球加入浆料经辊式球磨机球磨，经干燥和过筛后装入石墨模具，干压成坯体；
[0016]S3.在保护气氛下，将坯体在压力为20～40MPa，1800～2000℃进行放电等离子烧结或者热压烧结，制得原位生成SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷，分子式为SiC
‑
(Ti
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)B2‑
(Ti
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)C。
[0017]优选地，步骤S2中所述球磨的转速为100～300r/min；所述球磨的时间为18～36h；所述干燥的温度为60～80℃，所述干燥的时间为12～24h。
[0018]优选地，步骤S3中所述放电等离子烧结的具体程序为：先以100～150℃/min的速率升温至1000～1200℃，开始充氩气并且开始加压，继续将温度升至1800～2000℃，同时压力升至20～40MPa；升温程序执行完毕后保温保压10～20min；然后以80～100℃/min的速率降温，1000～1200℃泄压完毕，温度降至750～850℃后随炉降温。
[0019]优选地，步骤S3中所述热压烧结的具体程序为：先以10～14℃/min的升温速率升温，室温～1000℃开始充氩气并且开始加压，继续以6～8℃/min的升温速率升温，将温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷，其特征在于，所述的复相陶瓷是将高熵碳化物(Ti
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)C粉体和SiB6混合，制得(Ti
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Zr
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)C
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SiB6混合粉体；将上述混合粉体加入无水乙醇，超声搅拌制得浆料；经辊式球磨机球磨、干燥和过筛后装入石墨模具，干压成坯体；在保护气氛下，将坯体在压力为20～40MPa，1800～2000℃进行放电等离子烧结或者热压烧结制得。2.根据权利要求1所述的SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷，其特征在于，所述的复相陶瓷的相对密度大于98％，维氏硬度为23～26GPa，断裂韧性为4～6MPa
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。3.根据权利要求1所述的SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷，其特征在于，所述的高熵碳化物(Ti
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)C粉体的粒径为30nm～1μm；所述的SiB6粉体的粒径为1～6μm。4.根据权利要求1所述的SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷，其特征在于，以(Ti
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)C粉体和SiB6粉体的总质量为100％计，(Ti
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)C粉体的质量百分比为90～99wt.％，SiB6粉体的质量百分比为1～10wt.％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将高熵碳化物(Ti
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)C粉体和SiB6混合，制得(Ti
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟明，刘洋，林华泰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：