【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高熵超高温碳化物陶瓷，具体涉及一种含硼含氮碳化物及其制备方法。
技术介绍
1、超高温陶瓷具有熔点高、稳定性高以及高温强度高的优点，可用于高超音速飞行器的鼻锥和翼前沿，火箭的喉衬和扩散段等构件中，是航天飞机以及战略导弹热防护系统重要的候选材料。根据熵值（s）的大小，通常将超高温陶瓷分为低熵超高温陶瓷（s≤1.0r）、中熵超高温陶瓷（1.0r ≤s≤1.5r）和高熵超高温陶瓷（s≤1.5r）陶瓷，其中，r为气体常数。
2、高熵超高温陶瓷通常指由五种或五种以上陶瓷组元形成的固溶体，由于其新奇的“高熵效应”以及优异的性能，近年来已经成为陶瓷领域的研究热点之一。cn109180188a中公开了一种高熵含硼碳化物超高温陶瓷粉体，分子式为xcybz，其中x为zr、ti、hf、v、nb、ta、cr、mo或w中的至少两种，0 .6≤y＜1.0，0＜z≤0.4，y+z＝1，具有单一相面心立方结构。该陶瓷粉体为单一物相固溶体，具有面心立方结构且含有硼元素，兼具碳化物的耐高温特性和硼化物的抗氧化特性，并可以用来制备出抗烧蚀抗氧化的高熵含硼碳化物超高温陶瓷块体或者复合材料。但是，该含硼碳化物在氧化烧蚀过程中，硼会氧化形成氧化硼，在高于其沸点温度（1860℃）时，大量的氧化硼挥发会造成气孔和裂纹等缺陷，不利于含硼碳化物的耐烧蚀性能。因此，高熵含硼碳化物陶瓷耐烧蚀性能仍有待进一步提高。
3、wen等人合成了含n和c的碳化物固溶体(hf0.2zr0.2ta0.2nb0.2ti0.2)(c0.5n0.5)（went, et
4、在高熵含硼碳化物超高温陶瓷粉体中引入氮元素可以起到改善耐烧蚀性能的作用。但是，n元素的引入容易导致新的物相生成。目前并无没有涉及单一物相含硼含氮高熵碳化物陶瓷制备方法的报道。这是因为，n元素与元素周期表中第ⅳ、ⅴ副族中金属元素的反应自由能更低，与c、b元素相比，会优先形成稳定的氮化物，导致c、b元素难以进一步固溶进入碳化物，进而使得所引入的c、b元素不发生固溶而是与金属元素反应形成第二相。
5、guan等人（guan j, et al. journal of the american ceramic society,2022, 105(10): 6417-6426）将多种金属粉末和非晶态bcn粉末经高能球磨法混合后，在1900℃热压烧结制得含硼含氮碳化物复相陶瓷。但是，该含硼含氮碳化物复相陶瓷物相不唯一，包括bn(c)相、(ta0.2nb0.2zr0.2hf0.2ti0.2)(b,c,n)相和氧化物相，并随着bcn的加入量减少，还有新相mb2出现。该文献并没有涉及如何制备只有(ta0.2nb0.2zr0.2hf0.2ti0.2)(b,c,n)相的相关方法。
6、因此，亟待提供一种物相单一、不会破坏碳化物的面心立方结构且同时含有硼元素和氮元素的含硼含氮碳化物及其制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决高熵含硼碳化物超高温陶瓷粉体耐烧蚀性能较差的问题，提供一种含硼含氮碳化物及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种含硼含氮碳化物，其中，所述含硼含氮碳化物的分子式为xcybznw，其中，x为zr、hf、ti、ta、nb、v、w中的至少4种，0.6≤y＜1，0＜z≤0.4，0＜w≤0.4，y+z+w≤1，所述含硼含氮碳化物为单一物相固溶体，具有面心立方结构。
3、优选地，x为zr、hf、ti、ta、nb、v、w中的4种或5种。
4、优选地，x为zr、hf、ti和ta，或者x为zr、hf、ti、ta和nb。
5、优选地，0.75≤y≤0.95，0.01≤z≤0.15，0.05≤w≤0.15，y+z+w≤1。
6、优选地，所述含硼含氮碳化物的分子式为(zr0.25hf0.25ti0.25ta0.25)(c0.82b0.10n0.08)、(zr0.4hf0.2ti0.2ta0.2)(c0.70b0.15n0.15)、(zr0.2hf0.2ti0.2ta0.2nb0.2)(c0.90b0.03n0.07)、(zr0.3hf0.3ti0.2ta0.1nb0.1)(c0.87b0.06n0.07)中的一种或多种。
7、本专利技术的第二方面提供了一种含硼含氮碳化物的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
8、（1）将金属粉末与碳粉混合后进行研磨，得到混合粉料；其中，所述金属粉末选自zr粉、hf粉、ti粉、ta粉、nb粉、v粉、w粉中的至少4种；
9、（2）将所述混合粉料进行无压放电等离子烧结，得到碳化物粉末；
10、（3）在真空条件下，将所述碳化物粉末与b2o3粉混合后进行焙烧，得到含硼碳化物粉末；
11、（4）在真空条件下，将所述含硼碳化物粉末与g-c3n4粉混合后进行高温热处理，得到含硼含氮碳化物；其中，所述高温热处理的温度为1500-1800℃；
12、其中，所述含硼含氮碳化物的分子式为xcybznw，x为金属，0.6≤y＜1，0＜z≤0.4，0＜w≤0.4，y+z+w≤1。
13、优选地，所述金属粉末选自zr粉、hf粉、ti粉、ta粉、nb粉、v粉、w粉中四种或五种。
14、优选地，所述金属粉末为zr粉、hf粉、ti粉和ta粉，或者所述金属粉末为zr粉、hf粉、ti粉、ta粉和nb粉。
15、优选地，所述研磨为湿法球磨；其中，所述湿法球磨的操作条件包括：球磨转速为150-300rpm，球磨时间为1-5h，球磨介质为乙醇和/或水，球料比为6-10：1。
16、优选地，所述无压放电等离子烧结的操作条件包括：真空度≤10pa，升温速率为50-150℃/min，温度为1300-1800℃，保温时间为15-60min。
17、优选地，所述无压放电等离子烧结的操作条件包括：真空度≤5pa，升温速率为80-120℃/min，温度为1500-1700℃，保温时间为20-40min，。
18、优选地，所述焙烧的操作条件包括：真空度≤10pa，升温速率为30-150℃/min，温度为1400-1900℃，保温时间为15-60min。
19、优选地，所述焙烧的操作条件包括：真空度≤5pa，升温速率为50-100℃/min，温度为1600-1800℃，保温时间为20-40min。
20、优选地，所述高温热处理的温度为1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含硼含氮碳化物，其特征在于，所述含硼含氮碳化物的分子式为XCyBzNw；其中，X为Zr、Hf、Ti、Ta、Nb、V、W中的至少4种，0.6≤y＜1，0＜z≤0.4，0＜w≤0.4，y+z+w≤1；所述含硼含氮碳化物为单一物相固溶体，具有面心立方结构。
2.根据权利要求1所述的含硼含氮碳化物，其中，X为Zr、Hf、Ti、Ta、Nb、V、W中的4种或5种。
3.根据权利要求2所述的含硼含氮碳化物，其中，X为Zr、Hf、Ti和Ta，或者X为Zr、Hf、Ti、Ta和Nb。
4.根据权利要求1所述的含硼含氮碳化物，其中，0.75≤y≤0.95，0.01≤z≤0.15，0.05≤w≤0.15，y+z+w≤1。
5.根据权利要求1所述的含硼含氮碳化物，其中，所述含硼含氮碳化物的分子式为(Zr0.25Hf0.25Ti0.25Ta0.25)(C0.82B0.10N0.08)、(Zr0.4Hf0.2Ti0.2Ta0.2)(C0.70B0.15N0.15)、(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Ta0.2Nb0.2)(C0.90B0.03N0.07)、
6.一种含硼含氮碳化物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述金属粉末选自Zr粉、Hf粉、Ti粉、Ta粉、Nb粉、V粉、W粉中四种或五种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述金属粉末为Zr粉、Hf粉、Ti粉和Ta粉，或者所述金属粉末为Zr粉、Hf粉、Ti粉、Ta粉和Nb粉。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述研磨为湿法球磨；其中，所述湿法球磨的操作条件包括：球磨转速为150-300rpm，球磨时间为1-5h，球磨介质为乙醇和/或水，球料比为6-10：1。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述无压放电等离子烧结的操作条件包括：真空度≤10Pa，升温速率为50-150℃/min，温度为1300-1800℃，保温时间为15-60min。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，所述无压放电等离子烧结的操作条件包括：真空度≤5Pa，升温速率为80-120℃/min，温度为1500-1700℃，保温时间为20-40min。
12.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述焙烧的操作条件包括：真空度≤10Pa，升温速率为30-150℃/min，温度为1400-1900℃，保温时间为15-60min。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其中，所述焙烧的操作条件包括：真空度≤5Pa，升温速率为50-100℃/min，温度为1600-1800℃，保温时间为20-40min。
14.根据权利要求6所述制备方法，其中，所述高温热处理的温度为1600-1700℃。
15.根据权利要求14所述制备方法，其中，所述高温热处理的真空度≤10Pa，优选≤5Pa；升温速率为30-150℃/min，优选为50-100℃/min；保温时间为15-60min，优选为20-40min。
...【技术特征摘要】
1.一种含硼含氮碳化物，其特征在于，所述含硼含氮碳化物的分子式为xcybznw；其中，x为zr、hf、ti、ta、nb、v、w中的至少4种，0.6≤y＜1，0＜z≤0.4，0＜w≤0.4，y+z+w≤1；所述含硼含氮碳化物为单一物相固溶体，具有面心立方结构。
2.根据权利要求1所述的含硼含氮碳化物，其中，x为zr、hf、ti、ta、nb、v、w中的4种或5种。
3.根据权利要求2所述的含硼含氮碳化物，其中，x为zr、hf、ti和ta，或者x为zr、hf、ti、ta和nb。
4.根据权利要求1所述的含硼含氮碳化物，其中，0.75≤y≤0.95，0.01≤z≤0.15，0.05≤w≤0.15，y+z+w≤1。
5.根据权利要求1所述的含硼含氮碳化物，其中，所述含硼含氮碳化物的分子式为(zr0.25hf0.25ti0.25ta0.25)(c0.82b0.10n0.08)、(zr0.4hf0.2ti0.2ta0.2)(c0.70b0.15n0.15)、(zr0.2hf0.2ti0.2ta0.2nb0.2)(c0.90b0.03n0.07)、(zr0.3hf0.3ti0.2ta0.1nb0.1)(c0.87b0.06n0.07)中的一种或多种。
6.一种含硼含氮碳化物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述金属粉末选自zr粉、hf粉、ti粉、ta粉、nb粉、v粉、w粉中四种或五种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述金属粉末为zr粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：伦惠林，刘晓旭，李厚补，魏斌，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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