一种含有稀土元素Y的高熵(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C陶瓷材料及其制备方法技术

技术编号：44996373 阅读：2 留言：0更新日期：2025-04-15 17:10

本发明专利技术涉及超高温陶瓷材料领域，具体为一种含有稀土元素Y的高熵(Hf<subgt;0.2</subgt;Y<subgt;0.2</subgt;W<subgt;0.2</subgt;Mo<subgt;0.2</subgt;Ti<subgt;0.2</subgt;)C陶瓷材料及其制备方法。采用感应加热无压烧结制备得到该材料，具体操作步骤如下：1)将HfC、TiC、WC、Mo<subgt;2</subgt;C、YH<subgt;2</subgt;和C粉末按比例放入尼龙罐中，介质采用无水乙醇，以湿法球磨的方法得到粉末浆料；2)将粉末浆料蒸发烘干并过筛得到HfC‑TiC‑WC‑Mo<subgt;2</subgt;C‑YH<subgt;2</subgt;‑C混合粉末，置入不锈钢模具中冷压成型；3)将成型的坯体放入石墨坩埚中并连同坩埚一起放入超高温感应加热炉内，在真空下无压烧结得到(Hf<subgt;0.2</subgt;Y<subgt;0.2</subgt;W<subgt;0.2</subgt;Mo<subgt;0.2</subgt;Ti<subgt;0.2</subgt;)C超高温陶瓷。该方法制备的(Hf<subgt;0.2</subgt;Y<subgt;0.2</subgt;W<subgt;0.2</subgt;Mo<subgt;0.2</subgt;Ti<subgt;0.2</subgt;)C超高温材料具有高纯度、制备工艺流程简便、制备周期短等优势。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超高温陶瓷材料领域，具体为一种含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

1、超高温陶瓷是指一类熔点超过3000℃的非氧化物陶瓷材料，主要包括早期过渡族金属的硼化物、碳化物和氮化物，其中碳化物和氮化物具有一系列独特的性能，包括高密度、化学热稳定性、耐腐蚀性和极高的熔点，使其成为理想的超高温热结构及热防护系统的候选材料体系，可以把等摩尔或接近等摩尔比的不少于四种元素的阳离子或阴离子组成的单相化合物称为高熵陶瓷，这些高熵陶瓷比单组元陶瓷具有更好的机械性能、离子电导率、耐腐蚀性等性能。而超高温高熵陶瓷的出现有望解决单相陶瓷的高温抗氧化性能较差的问题,为超高温陶瓷的研究提供了新的思路，是最具应用前景的超高温热防护材料之一，也受到了广泛关注，特别是目前国内外还没有公开报道过在高熵碳化物中固溶稀土元素阳离子及相关性能，因此制备含有稀土元素阳离子的高熵陶瓷并逐步开展其高温、超高温性能研究也具有良好的应用前景。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料及其制备方法，该方法可快速升温到烧结温度，具有操作流程简便、烧结周期短等特点，可实现大规模批量化制备的需求。

2、本专利技术的技术方案如下：

3、一种含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，高熵陶瓷材料的化学组成为(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c。

4、所述的含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，优选的hf、ti、w、mo、y、c的化学计量数之比为1:1:1:1:1:5。

5、所述的含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料实现了金属元素和稀土元素y的均匀固溶，颗粒大小均匀，为2～3μm。

6、所述的含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料的制备方法，该方法的具体操作步骤如下：

7、1)按照设计比例称量所需的hfc、tic、wc、mo2c、yh2和c原料粉末，以“多-少-多-少-多-少”的方式依次倒入装有si3n4研磨球的尼龙罐中，加入无水乙醇作为介质，其中：si3n4研磨球和原料粉末的质量比为2.8～3.5：1，无水乙醇和原料粉末的质量比为3～6：10；

8、2)将装有原料粉末和无水乙醇介质的尼龙罐固定在行星球磨机中进行湿法球磨混合，球磨时间为8～12h，球磨转速为240～300rpm；

9、3)将湿法球磨后得到的粉末浆料进行蒸发烘干，并过筛得到混合粉末，其中筛子目数为80～120目；

10、4)将得到的混合粉末装入不锈钢模具内进行冷压成型，施加的压力范围是10～20kn，保压时间是3～10min，不锈钢模具的直径为8～20mm；

11、5)将冷压成型后的混合粉末置于石墨坩埚中，并放置于超高温感应加热无压烧结炉中，在真空中进行无压烧结，升温速率为80～100℃/min，烧结温度为2400～2450℃，烧结时间为0.5～1h；

12、6)待保温结束后，以60～100℃/min的速率降温至800～1000℃，再随炉冷却至室温，制得含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料。

13、所述的含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料的制备方法，步骤1)中，hfc粉末的平均颗粒尺寸为0.8μm，粉末纯度≥99wt％；tic粉末的平均颗粒尺寸为1～3μm，粉末纯度≥99.5wt％；wc粉末的平均颗粒尺寸为1～2μm，粉末纯度≥99.5wt％；mo2c粉末的平均颗粒尺寸为1～2μm，粉末纯度≥99.5wt％；yh2粉末的平均颗粒尺寸为1～2μm，粉末纯度≥99wt％；c粉末的平均颗粒尺寸为1～2μm，粉末纯度≥99.9wt％。

14、本专利技术的设计思想是：

15、采用感应加热无压烧结制备得到含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，由于高熵碳化物陶瓷中引入了较多的组元，特别是首次将稀土元素固溶在碳化物的阳离子位置，导致晶胞内存在原子尺寸差异，产生了大量的晶格畸变，使得位错运动阻力增大，致使外力作用下滑移变得十分困难，较大程度地提升了陶瓷的强度和硬度，同时陶瓷内缺陷的增加引起的热阻变化，进一步改善了陶瓷的热导性能，晶格畸变限制了声子的运动，而对于高熵化的碳化物陶瓷，声子在热导中贡献率增加，从而提高了高熵碳化物陶瓷的热导性能。且(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c固溶体陶瓷经过第一性原理计算，预测具有超高熔点，具有良好的热稳定性，在超高温方面具有巨大的应用前景。

16、本专利技术的优点及有益效果是：

17、1、本专利技术所涉及的新型含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，利用超高温感应加热设备进行无压烧结，升降温速率快，制备工艺流程简单易行，制备周期短。

18、2、本专利技术所涉及的含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，制备出的样品纯度较好，无杂相。

19、3、本专利技术所涉及的新型高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷块体材料，所制备的材料具有良好的热稳定性。

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【技术保护点】

1.一种含有稀土元素Y的高熵(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C陶瓷材料，其特征在于，高熵陶瓷材料的化学组成为(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C。

2.按照权利要求1所述的含有稀土元素Y的高熵(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C陶瓷材料，其特征在于，优选的Hf、Ti、W、Mo、Y、C的化学计量数之比为1:1:1:1:1:5。

3.按照权利要求1所述的含有稀土元素Y的高熵(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C陶瓷材料，其特征在于，高熵(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C陶瓷材料实现了金属元素和稀土元素Y的均匀固溶，颗粒大小均匀，为2～3μm。

4.一种权利要求1至3之一所述的含有稀土元素Y的高熵(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C陶瓷材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体操作步骤如下：

5.按照权利要求4所述的含有稀土元素Y的高熵(Hf0.2Y0.2W0.2Mo0.2Ti0.2)C陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，HfC粉末的平

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【技术特征摘要】

1.一种含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，其特征在于，高熵陶瓷材料的化学组成为(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c。

2.按照权利要求1所述的含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，其特征在于，优选的hf、ti、w、mo、y、c的化学计量数之比为1:1:1:1:1:5。

3.按照权利要求1所述的含有稀土元素y的高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料，其特征在于，高熵(hf0.2y0.2w0.2mo0.2ti0.2)c陶瓷材料实现了金属元素和稀土元素y的均匀固溶，颗粒大小均匀，为2～3μm。

4.一种权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬军，毕经青，张鑫涛，李美栓，马科，左君，朱鹏利，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：

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