【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属-陶瓷复合材料，特别涉及一种高熵合金-陶瓷复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、与传统金属合金相比，高熵合金具有高强度、高韧性、高硬度、高耐磨性、优异的抗腐蚀性能、及良好的高温稳定性和高温性能。自高熵合金被提出以来，获得了良好的应用，目前已开发的高熵合金体系主要包括以下三类：以al及第四和第五周期元素fe、co、ni、cr、cu、mn、sn、zn、li、mg、zr及ti为主的轻质金属高熵合金体系；以难熔金属元素mo、v、nb、hf、ta、cr及w等为主的难熔金属高熵合金体系；以及以稀土元素为主的稀土金属高熵合金体系。
2、在金属-陶瓷复合材料领域，由于高熵合金具有优良的性能，研究人员试图采用高熵合金作为金属合金相来替代传统的金属合金相，以进一步提高金属-陶瓷复合材料的强韧性。然而，采用传统粉末冶金的方法制备高熵合金-陶瓷复合材料存在以下技术难题：一方面，由于通常陶瓷相粉末(如碳化物、硼化物或氮化物)的粒度小于2μm，且陶瓷相粉末球磨时很容易被破碎细化，而粒度小于5μm的超细颗粒高熵合金粉末很难批量化生产，即使能生产获得较细的高熵合金粉末，球磨混合时颗粒之间很容易发生冷焊造成团聚，基于以上，陶瓷相粉末与高熵合金粉末很难球磨混合均匀；另一方面，液相烧结过程中，陶瓷相中的碳、硼、氮或硅等原子易溶入高熵合金液相中，冷却过程中碳、硼、氮或硅等原子易与高熵合金中的金属组分反应而析出，导致高熵合金相结构被破坏，使高熵合金无法发挥应有的作用。
3、基于以上分析，如何获得高熵合金相结构不被破坏、高熵
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种高熵合金-陶瓷复合材料及其制备方法与应用，以获得高熵合金相结构不被破坏、高熵合金相不团聚且高熵合金含量可控的高性能高熵合金-陶瓷复合材料。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种高熵合金-陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、在陶瓷相粉末的颗粒表面包覆金属保护层，然后经成型、脱脂与真空预烧结，得到相对密度不超过90％的预烧结体。
5、在所述预烧结体表面包覆至少两层金属层，然后经真空烧结、热等静压熔渗处理与退火处理，得到所述高熵合金-陶瓷复合材料。
6、所述至少两层金属层中包括最内层的高熵合金层。
7、所述真空烧结的温度t2、热等静压熔渗处理的温度t3与退火处理的温度t4都低于所述金属保护层的熔点tm1。
8、所述真空烧结的温度t2高于所述高熵合金层的熔点tm2。
9、所述至少两层金属层中的最外层金属层的熔点tm3高于所述金属保护层的熔点tm1。
10、本专利技术提供的制备方法在陶瓷相粉末的颗粒表面包覆金属保护层，阻止陶瓷相粉末中的碳、氮、硼或硅等原子对高熵合金相结构的破坏；而后通过成型、脱脂与真空预烧结，得到具有孔隙的预烧结体；然后在预烧结体的表面均匀包覆包括最内层的高熵合金层的至少两层金属层，通过真空烧结对预烧结体进行表面密封，而后采用热等静压熔渗处理使熔融的高熵合金沿预烧结体的孔隙或/和界面扩散进入预烧结体内部，从而获得致密的高熵合金-陶瓷复合材料；其中，对热等静压熔渗处理的压力进行控制，能够得到高熵合金相梯度分布的高熵合金-陶瓷复合材料或成分均匀的高熵合金-陶瓷复合材料；而且，热等静压熔渗处理的应用也解决了传统粉末混合法导致高熵合金粘结相易团聚的问题，同时，也解决了熔渗不彻底以及受产品外形尺寸限制的问题。
11、优选地，所述金属保护层中的金属元素包括co、ni或fe中的任意一种或至少两种的组合。
12、优选地，所述高熵合金层的熔点tm2为600℃-1200℃。
13、优选地，所述高熵合金层中的金属元素包括al、fe、co、zn、sn、ni、cr、cu、mn、li、mg或ti中的至少5种的组合。
14、优选地，所述高熵合金层的体积不小于所述预烧结体中孔隙的总体积。
15、优选地，所述最外层金属层中的金属元素包括ti、zr、mo、nb或ta中的任意一种或至少两种的组合。
16、优选地，所述最外层金属层的厚度为0.1mm-0.3mm。
17、优选地，所述真空烧结的温度t2比所述高熵合金层的熔点tm2高25℃-50℃。
18、优选地，所述真空烧结的温度t2比所述金属保护层的熔点tm1低200℃以上。
19、优选地，所述真空烧结的保温时间为0.5h-1h。
20、优选地，所述真空烧结的压力为10-3pa以下。
21、优选地，所述热等静压熔渗处理在惰性气氛中进行。
22、优选地，所述热等静压熔渗处理的压力为5mpa-300mpa。
23、优选地，所述热等静压熔渗处理的温度t3等于所述真空烧结的温度t2。
24、优选地，所述热等静压熔渗处理的保温保压时间为1h-3h。
25、优选地，所述退火处理的温度t4低于所述高熵合金层的熔点tm2。
26、优选地，所述退火处理的温度t4比所述高熵合金层的熔点tm2低100℃-200℃。
27、优选地，所述退火处理的压力为30pa以下。
28、优选地，以0.5℃/min-1℃/min的升温速率由室温升温至所述退火处理的温度t4。
29、优选地，所述退火处理的温度t4下，保温时间为1h-3h。
30、优选地，以1℃/min-2℃/min的降温速率由所述退火处理的温度t4降温至室温，所述退火处理结束。
31、第二方面，本专利技术提供了一种高熵合金-陶瓷复合材料，所述高熵合金-陶瓷复合材料由第一方面所述制备方法制备得到。
32、优选地，当所述热等静压熔渗处理的压力为5mpa以上且为80mpa以下时，得到高熵合金相梯度分布的高熵合金-陶瓷复合材料，即高熵合金相的含量由所述高熵合金-陶瓷复合材料的表面向内部逐渐降低。
33、优选地，当所述热等静压熔渗处理的压力高于80mpa且为300mpa以下时，得到成分均匀的高熵合金-陶瓷复合材料。
34、第三方面，本专利技术提供了一种高熵合金-陶瓷复合材料的应用，所述高熵合金-陶瓷复合材料用于制备模具、切削刀具或耐磨件。
35、所述高熵合金-陶瓷复合材料由第一方面所述制备方法制备得到，或为第二方面所述高熵合金-陶瓷复合材料。
36、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
37、本专利技术提供的制备方法在陶瓷相粉末的颗粒表面包覆金属保护层，阻止陶瓷相粉末中的碳、氮、硼或硅等原子对高熵合金相结构的破坏；而后通过成型、脱脂与真空预烧结，得到具有孔隙的预烧结体；然后在预烧结体的表面均匀包覆包括最内层的高熵合金层的至少两层金属层，通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高熵合金-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属保护层中的金属元素包括Co、Ni或Fe中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金层的熔点Tm2为600℃-1200℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金层中的金属元素包括Al、Fe、Co、Zn、Sn、Ni、Cr、Cu、Mn、Li、Mg或Ti中的至少5种的组合；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述最外层金属层中的金属元素包括Ti、Zr、Mo、Nb或Ta中的任意一种或至少两种的组合；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述真空烧结的温度T2比所述高熵合金层的熔点Tm2高25℃-50℃；
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热等静压熔渗处理在惰性气氛中进行；
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度T4
9.一种高熵合金-陶瓷复合材料，其特征在于，所述高熵合金-陶瓷复合材料由权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到；
10.一种高熵合金-陶瓷复合材料的应用，其特征在于，所述高熵合金-陶瓷复合材料用于制备模具、切削刀具或耐磨件；
...【技术特征摘要】
1.一种高熵合金-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属保护层中的金属元素包括co、ni或fe中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金层的熔点tm2为600℃-1200℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金层中的金属元素包括al、fe、co、zn、sn、ni、cr、cu、mn、li、mg或ti中的至少5种的组合；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述最外层金属层中的金属元素包括ti、zr、mo、nb或ta中的任意一种或...
【专利技术属性】
技术研发人员：张太全，叶坤雄，郑文庆，刘超，刘滨，林亮亮，蔡晓康，赵妹，
申请(专利权)人：厦门钨业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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