[发明专利]具有萤石型结构的（ZrHfCeTiZn）O2

说明书

具有萤石型结构（ZrHfCeTiZn）O₂‑δ高熵氧化物陶瓷粉体及块体制备方法，属于高性能陶瓷技术领域，可解决陶瓷烧结技术的不足之处。以金属元素为基准，准确称量各种氧化物粉末，混合，达到目标样品的化学计量组成。在玛瑙罐中高能球磨，将得到的非晶态氧化物粉末在900~1200℃热处理，热处理时间≥60min，获得高熵氧化物陶瓷粉体，将非晶态陶瓷氧化物粉体或高熵氧化物陶瓷粉体置于石墨模具中，在放电等离子体炉或热压炉中进行烧结，得到具有萤石结构的高熵氧化物陶瓷块体。本发明解决了高熵陶瓷块体制备的问题及陶瓷粉体混合不均匀，热应力高等问题，通过严格控制放电等离子炉或热压炉的烧结工艺，最终获得具有萤石结构的高熵氧化物陶瓷粉体及块体，丰富了陶瓷材料体系。

技术领域

本发明属于高性能陶瓷技术领域，具体涉及一种具有萤石结构的（ZrHfCeTiZn）O₂-δ高熵氧化物陶瓷粉体及高熵氧化物陶瓷粉体和块体制备方法。

背景技术

20世纪 90年代末中国台湾清华大学叶均蔚教授提出了高熵的概念，并将其定义为元素种类≥5，没有主导元素，并且所有元素的含量在5%-35%之间。高熵合金是由五种以上的金属元素组元按照等原子比或接近于等原子比进行合金化得到的一种合金。高熵合金具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性。已经报道的典型高熵合金有CoCrCuFeNi为代表的面心立方固溶体结构的合金和AlCoCrFeNi为代表的体心立方固溶体结构的合金。

到现在为止，人们对高熵材料的研究主要集中于金属材料领域，在非金属材料领域却知之甚少。其实，陶瓷粉末经过烧结也能形成高混合熵稳定的固溶体，高熵陶瓷具有高熔点，高硬度，良好的导电性和介电性，较好的耐蚀性，良好的稳定性等，在超高温材料、生物医学材料和功能材料等领域的发展是值得展望的。

在文献A new class of high-entropy perovskite oxides ScriptaMaterialia 142 (2018)116-120 中，通过高能球磨和管式炉烧结得到一系列钙钛矿ABO₃结构的高熵陶瓷，并对陶瓷中第二相出现的原因进行了探索，包括烧结温度，各种B原子的半径差，A原子的种类还有容许因子。在文献High-entropy fluorite oxides Journal ofthe European Ceramic Society 38 (2018) 3578–3584中，通过高能球磨和放电等离子烧结得到一系列萤石结构的高熵氧化物陶瓷，并对它们的电导，热导，硬度和致密度进行表征，得到他们具有较低的电导性，较低的热导性，较高的硬度，部分组成具有较高的致密度。在文献A five-component entropy-stabilized fluorite oxide Journal of theEuropean Ceramic Society 38 (2018) 4161–4164中，通过球磨，预热，再球磨，烧结的步骤得到一种高熵陶瓷。对单相和产生第二相的转变温度进行了研究，得出熵稳定和高熵的差异性。同时也对样品的微观结构，热导，电导进行表征，发现样品产生元素分离，电导在一定范围内具有线性关系，热导较低等现象。

高能球磨是一种使粉末经过反复的挤压变形，断裂和焊合，从而使粉体达到原子级别固溶效果的方法。高能球磨与很多因素有关系，包括运动频率，球料比，装球容积比还有球磨气氛等等，但最终都是粉体的表面能增大，缺陷大幅度提升，处于亚稳态的粉体大大降低了陶瓷的烧结温度。

发明内容

本发明为了解决陶瓷烧结技术的不足之处，提出一种具有萤石型结构（ZrHfCeTiZn）O₂-δ高熵氧化物陶瓷粉体及块体制备方法，采用高能球磨的方法，能够显著降低陶瓷的烧结温度，在1200~1600℃温度范围内实现陶瓷的快速烧结。

本发明采用如下技术方案：