[发明专利]一种高熵稀土增韧钽酸盐陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及高熵陶瓷技术领域，具体公开了一种高熵稀土增韧钽酸盐陶瓷，该陶瓷由Ta₂O₅粉体和x种不同RE₂O₃粉体烧结而成，其中4≤x≤9，各RE₂O₃粉体的摩尔比为1。称取RE:Ta的摩尔比为1:1的RE₂O₃粉末和Ta₂O₅粉末，加入溶剂混合，采用球磨机进行球磨，得到混合粉末M；将粉末M进行干燥处理，干燥温度为650～850℃，干燥时间为1.5～2h，得到干燥的粉末；将粉末进行过筛处理，得到粉末N，将粉末N置于模具内进行第一次压制，得粗坯，后将粗坯进行第二次压制，得致密胚体；将致密胚体进行烧结得到一种高熵稀土增韧钽酸盐陶瓷；该高熵陶瓷具有较高的硬度和韧性。

技术领域

本发明涉及高熵陶瓷技术领域，特别涉及一种高熵稀土增韧钽酸盐陶瓷及其制备方法。

背景技术

高熵陶瓷是最近出现的一种新型陶瓷，该种陶瓷的出现丰富了陶瓷体系。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。高熵陶瓷粉体经过烧结可获得稳定的固溶相。到目前为止，人们关于高熵的研究主要集中在合金领域，对于高熵陶瓷的研究较少，而高熵陶瓷具有高热导，高熔点，较好的耐蚀性，良好的生物相容性以及良好的电化学性能等，在超高温、生物医学和能源等领域具有较大发展潜力。

由于高熵陶瓷研究较少，关于高熵陶瓷的制备方法仍处于探索阶段，目前制备高熵陶瓷的方法有：球磨法结合热处理；喷雾造粒的方法；高能球磨法和放电等离子体相结合的方法；磁控溅射的方法等，但上述方法制备的陶瓷通常致密度不够，使得陶瓷材料在受力时容易产生开裂；另外由于材料的硬度和韧性是一组性能矛盾的关系，即硬度高的材料通常其韧性较低；反之，韧性高的材料其硬度较低，因此发明人就如何克服这样的矛盾，研发出了一种高熵稀土增韧钽酸盐陶瓷材料。

发明内容

本发明提供了一种硬度和韧性均得到改善的高熵稀土增韧钽酸盐陶瓷及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：

一种高熵稀土增韧钽酸盐陶瓷，该陶瓷由Ta₂O₅粉体和x种不同RE₂O₃粉体烧结而成，其中4≤x≤9，各RE₂O₃粉体的摩尔比等于1。

本基础方案的技术原理和效果在于：

1、本技术方案采用不同种稀土氧化物粉体，且各稀土氧化物粉体的摩尔比等于1，与氧化钽烧结得到一种高熵稀土钽酸盐，该稀土钽酸盐不仅硬度高，且相比于单稀土的钽酸盐而言，韧性得到较大的提高，克服了高硬度与高韧性之间的矛盾。

2、发明人通过研究发现采用本技术方案得到的高熵稀土钽酸盐，由于其具有一定的铁弹性，使得高熵稀土钽酸盐的韧性得到改善，通俗而言，由于铁弹性的存在，这种材料在外力作用下时，畴壁(相邻两个铁弹畴之间的过渡层)发生偏转，吸收一定的应变能，从而减缓了显微裂纹的扩展，增强了材料的韧性性能。

进一步，RE₂O₃从Y₂O₃、Pm₂O₃、Gd₂O₃、Tb₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃、Er₂O₃、Tm₂O₃或Lu₂O₃中选取。