一种含铟三元层状碳化物陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含铟三元层状碳化物陶瓷及其制备方法，陶瓷的化学式为Zr3InC2和Hf3InC2，是含铟元素的纳米层状结构三元层状碳化物陶瓷；制备方法为：将Zr/Hf粉、In粉和C粉按摩尔比3：(1.3～1.5)：2在氩气保护下混合，得混合粉体；将混合粉体升温至1300～1450℃，其后冷却、磨去表面碳化层，即得样品。本发明专利技术首次提出并成功合成Zr3InC2和Hf3InC2；为设计高温陶瓷光电材料提供了全新思路，拓宽了铟元素在耐高温光电材料领域的应用范围。耐高温光电材料领域的应用范围。耐高温光电材料领域的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种含铟三元层状碳化物陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种含铟三元层状碳化物陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]铟(In)由于其较好的光渗透性和导电性，已经被广泛应用于电子信息、宇航、能源等领域。但很可惜，金属铟质地柔软，易发生塑性形变，熔点仅156.51℃，这些特质大大限制了In在光电材料领域的应用。
[0003]碳化锆、碳化铪是典型的超高温陶瓷，具有不错的力学性能的同时具有极高的熔点(超过3500℃)。

技术实现思路

[0004]为了得到一种可以在高温环境下工作的光电材料，本专利技术引入碳化锆/碳化铪骨架，设计出了两种新型含In三元层状陶瓷Zr3InC2和Hf3InC2。这两种材料中难熔金属碳化物层与In元素单层交替排布。难熔金属的加入，一方面可以有效地提高材料的熔点，另一方面可以形成多层的柔性
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刚性结构，有效提升材料的承载能力。同时，这种结构由于保留了结合力较弱的In元素单层，可以有效地保留In本身较好的导电性等物理性质，扩展了In在耐高温光电材料领域的应用，具有广阔的应用前景。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供一种含铟三元层状碳化物陶瓷及其制备方法。
[0006]本专利技术的含铟三元层状碳化物陶瓷，陶瓷的化学式为Zr3InC2和Hf3InC2。
[0007]Zr3InC2的空间群为P63/mmc；晶格参数为Zr原子位于(0，0，0)和(1/3，2/3，0.12774)处、In原子位于(0，0，1/4)、C原子位于(1/3，2/3，0.19410)。
[0008]Hf3InC2的空间群为P63/mmc；晶格参数为Hf原子位于(0，0，0)和(1/3，2/3，0.12455)处、In原子位于(0，0，1/4)、C原子位于(1/3，2/3，0.54894)。
[0009]本专利技术的含铟陶瓷：Zr3InC2和Hf3InC2。通过X射线衍射、第一性原理计算、扫描电镜等检测分析方法，确定了新相的晶格结构及其原子位置。Zr3InC2和Hf3InC2是含铟元素的纳米层状结构三元层状碳化物陶瓷，这也是首次提出并成功合成Zr3InC2和Hf3InC2。本专利技术的含铟陶瓷，这一新相的提出和成功合成，为设计高温陶瓷光电材料提供了全新思路，拓宽了铟元素在耐高温光电材料领域的应用范围。
[0010]本专利技术的含铟三元层状碳化物陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：将Zr/Hf粉、In粉和C粉按摩尔比3：(1.3～1.5)：2在氩气保护下混合，得混合粉体。
[0012]步骤2：将混合粉体升温至1300～1450℃，其后冷却、磨去表面碳化层，即得样品。
[0013]进一步的，步骤1中以氩气保护混合，混合时间为10～14h，混合速度为40～80rpm。
[0014]进一步的，步骤2中升温速率为10～50℃/min，压力为20～40MPa。
[0015]进一步的，步骤2中，升温至200℃时，保温100
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200min，确保In能与Zr/Hf充分反应。
[0016]本专利技术和现有技术相比的有益技术效果：
[0017]1、本专利技术发现了新的含铟陶瓷光电材料Zr3InC2和Hf3InC2，通过X射线衍射、第一性原理计算、扫描电镜等检测分析方法，确定了新相的晶格结构及其原子位置。
[0018]2、本专利技术为首次发现的含铟陶瓷光电材料Zr3InC2和Hf3InC2，新的陶瓷的发现与制备，拓宽了铟元素在耐高温光电材料领域的应用范围。
附图说明
[0019]图1为实施例1中含铟陶瓷Zr3InC2和Hf3InC2的X射线衍射图谱和理论X射线衍射图谱的对比图。
[0020]图2为实施例1中含铟陶瓷Zr3InC2和Hf3InC2的SEM/EDS图。
[0021]图3为实施例1中含铟陶瓷Zr3InC2的晶格示意图和面的原子排布及其模拟得到的衍射斑点。
[0022]图4为实施例1中含铟陶瓷Zr3InC2的Rietveld拟合图。
[0023]图5为实施例1中含铟陶瓷Hf3InC2的Rietveld拟合图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0025]实施例1
[0026]含铟三元层状碳化物陶瓷Zr3InC2和Hf3InC2的制备方法，包括以下步骤：
[0027](1)将Zr粉(99.5％，500目)/Hf粉(99.5％，400目)、In粉(99.99％，325目)和碳粉(99.95％，500目)按摩尔比3：1.5：2混合，以氩气保护，并用滚筒式混料机混料12h，得混合粉体；
[0028](2)将混合粉体取15g装入到垫有石墨纸的石墨模具中，套上石墨毡，装载到SPS炉中，于20MPa下以50℃/min的升温速率升至200℃，保温100min后，以50℃/min的升温速率升至700℃，随后以10℃/min升温至1400℃，其后随炉冷却。磨去表面碳化物层后，即得目标块体。
[0029]实施例2
[0030]含铟三元层状碳化物陶瓷Zr3InC2和Hf3InC2的制备方法，包括以下步骤：
[0031](1)将Zr粉(99.5％，500目)/Hf粉(99.5％，400目)、In粉(99.99％，325目)和碳粉(99.95％，500目)按摩尔比3：1.3：2混合，以氩气保护，并用滚筒式混料机混料14h，得混合粉体；
[0032](2)将混合粉体取15g装入到垫有石墨纸的石墨模具中，套上石墨毡，装载到SPS炉中，于20MPa下以40℃/min的升温速率升温至200℃，保温100min后，以40℃/min的升温速率升至700℃，随后以20℃/min升温至1300℃，其后随炉冷却。磨去表面碳化物层后，即得目标块体。
[0033]实施例3
[0034]含铟三元层状碳化物陶瓷Zr3InC2和Hf3InC2的制备方法，包括以下步骤：
[0035](1)将Zr粉(99.5％，500目)/Hf粉(99.5％，400目)、In粉(99.99％，325目)和碳粉(99.95％，500目)按摩尔比3：1.4：2混合，以氩气保护，并用滚筒式混料机混料10h，得混合粉体；
[0036](2)将混合粉体取15g装入到垫有石墨纸的石墨模具中，套上石墨毡，装载到SPS炉中，于20MPa下以70℃/min的升温速率升温至200℃，保温100min后，以70℃/min的升温速率升至700℃，随后以15℃/min升温至1400℃，其后随炉冷却。磨去表面碳化物层后，即得目标块体。
[0037]实验例
[0038]1、将实施例1得到的Zr3InC2和Hf3InC2陶瓷块体使用X射线衍射(XRD)进行物相检测，并对应Material Studio计算出的理论特征峰，标出了新相的特征峰，如图1所示。
[0039]根据图1所示陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含铟三元层状碳化物陶瓷，其特征在于，陶瓷的化学式为Zr3InC2和Hf3InC2；所述Zr3InC2的空间群为P63/mmc；晶格参数为Zr原子位于(0，0，0)和(1/3，2/3，0.12774)处、In原子位于(0，0，1/4)、C原子位于(1/3，2/3，0.19410)；所述Hf3InC2的空间群为P63/mmc；晶格参数为Hf原子位于(0，0，0)和(1/3，2/3，0.12455)处、In原子位于(0，0，1/4)、C原子位于(1/3，2/3，0.54894)。2.如权利要求1所述的一种含铟三元层状碳化物陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将Zr/Hf粉、In粉和C粉按摩尔比3：(1.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春峰，罗嘉，张奇强，文博，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：