一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料及其制备方法和应用技术

技术编号：40498066 阅读：16 留言：0更新日期：2024-02-26 19:26

本发明专利技术涉及一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料，属于超高温陶瓷材料技术领域。所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料化学式为(Hf<subgt;0.2</subgt;Zr<subgt;0.2</subgt;Ta<subgt;0.2</subgt;Nb<subgt;0.2</subgt;Tm<subgt;0.2</subgt;)B<subgt;2</subgt;/TmB<subgt;4</subgt;。本发明专利技术制备的(Hf<subgt;0.2</subgt;Zr<subgt;0.2</subgt;Ta<subgt;0.2</subgt;Nb<subgt;0.2</subgt;Tm<subgt;0.2</subgt;)B<subgt;2</subgt;/TmB<subgt;4</subgt;粉体和块体的相结构中含有(Hf<subgt;0.2</subgt;Zr<subgt;0.2</subgt;Ta<subgt;0.2</subgt;Nb<subgt;0.2</subgt;Tm<subgt;0.2</subgt;)B<subgt;2</subgt;和TmB<subgt;4</subgt;两种相结构。将所得材料进行静态氧化测试，Tm与其他金属元素生成的氧化物形成连续的氧化层，封填了空隙，得到高致密度的氧化层，可以有效阻止氧气进入，降低了氧化的速率。因此，本发明专利技术制备的高熵金属二硼化物复合相材料具有优异的抗氧化性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料及其制备方法和应用，属于超高温陶瓷材料。

技术介绍

1、过渡金属二硼化物作为超高温陶瓷的主要成员，具有高熔点、高电导率、高导热率、优异的力学性能和良好的化学稳定性等优点，在高超声速飞行器和超燃冲压发动机中具有广阔的应用前景。在超高温应用时，其高温下的抗氧化性是极其重要的。大多数先前的研究表明在过渡金属二硼化物中添加碳化硅可以原位形成硼硅酸盐玻璃相，表现出更好的抗氧化性。然而，由于碳化硅的主动氧化和二氧化硅的蒸发，致密的保护层在1600℃以上会被迅速破坏。因此，迫切需要提高过渡金属二硼化物的高温抗氧化性。根据文献报道，在过渡金属二硼化物中加入tm2o3元素具有以下效果：(1)通过使玻璃相的蒸发降低和粘度的增加来提高氧化产物液相的稳定性；(2)提高多孔/无保护性氧化层的致密性以及抑制氧化层的相变。然而过量加入tm2o3对过渡金属二硼化物的高温性能有不利影响。因此，需要设计和构建新的结构克服此困难，有益于提高金属二硼化物的抗氧化性、推进其在超高温领域的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术设计并制备了一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料及其制备方法和应用，首先通过高熵的概念在tmb2引入了稀土金属二硼化铥(tmb2)。通过控制硼碳热还原反应中碳化硼的含量增加tmb4含量。该新的材料由hf、zr、ta、nb、tm以及b元素组成的，不仅可以控制材料的物相结构，还具有非常优异的抗氧化性能。

2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。

3、一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料，所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料的化学式为(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2/tmb4；其物相结构中含有(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2和tmb4两种相。

4、本专利技术还提供了上述技术方案所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、将hfo2、zro2、ta2o5、nb2o5、tm2o3和b4c粉体按照化学式的化学计量比配料，混合均匀，得到混合粉体；将所述混合粉体在烘箱中干燥后，在1850℃条件下保温1h～3h，得到(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2/tmb4粉体；所述b4c粉体的实际加入量为按照化学计量比计算得到的b4c粉体质量的120～135％；

6、将所述(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2/tmb4粉体装入石墨模具中，采用放电感应等离子烧结在真空或惰性气体保护气氛下烧结，得到所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料；所述烧结的温度为1900～2200℃，压力为30～50mpa，保温时间为15～35min。

7、优选地，所述混合为将hfo2，zro2，ta2o5，nb2o5，tm2o3和b4c粉体在球磨罐中球磨混合；所述球磨混合的球料比为3～7:1，转速为300～500rpm，时间为1～5h。

8、优选地，升温至1850℃的升温速率为5～10℃/min。

9、优选地，所述hfo2、zro2、ta2o5、nb2o5、tm2o3和b4c粉体的粒径均为0.5～3μm。

10、本专利技术还提供了上述技术方案所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料在超高温陶瓷材料中的应用

11、有益效果：

12、(1)本专利技术首次设计及制备了一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料，(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2/tmb4具有优异的相结构可调性，可以通过控制碳化硼的含量，得到不同的相结构。

13、(2)本专利技术所述(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2/tmb4材料具有优异的抗氧化性，氧化过程生成的tm2o3可以使硼玻璃相(b2o3)的蒸发降低，并且增加硼玻璃相的粘度，从而提高氧化结构中液相产物对氧气的阻碍作用。其次，tm2o3可以与hfo2、zro2、nb2o5等过渡族氧化物生成低熔点氧化物，可以提高多孔/无保护性氧化层的致密性以及抑制氧化层的相变，提高氧化层的致密度同时可以稳定氧化层不破裂，从而提高抗化性能。

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【技术保护点】

1.一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料，其特征在于，所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料的化学式为(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Tm0.2)B2/TmB4；其物相结构中含有(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Tm0.2)B2和TmB4两种相。

2.权利要求1所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合为将HfO2，ZrO2，Ta2O5，Nb2O5，Tm2O3和B4C粉体在球磨罐中球磨混合；所述球磨混合的球料比为3～7:1，转速为300～500rpm，时间为1～5h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，升温至1850℃的升温速率为5～10℃/min。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述HfO2、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、Tm2O3和B4C粉体的粒径均为0.5～3μm。

6.权利要求1所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料在超高温陶瓷材料中的应用。

【技术特征摘要】

1.一种高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料，其特征在于，所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料的化学式为(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2/tmb4；其物相结构中含有(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2tm0.2)b2和tmb4两种相。

2.权利要求1所述高抗氧化性高熵金属二硼化物复合相材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合为将hfo2，zro2，ta2o5，nb2...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳彦博，朱时珍，刘玲，马壮，张泽，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：

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