[发明专利]一种SiC掺杂Tax

说明书

本发明涉及一种SiC掺杂Ta_xHf_1‑xC陶瓷及其制备方法。其技术方案是：先将无水醇类、乙酰丙酮、钽盐、铪盐和碳源混合，搅拌，在180～240℃条件下保温，蒸馏，得到Ta_1‑xHf_xC陶瓷前驱体，0.01≤x≤0.99。再将所述Ta_1‑xHf_xC陶瓷前驱体与硅源混合均匀，得到溶胶。将所述乙醇和所述去离子水加入所述溶胶中，搅拌，干燥，得到Si‑Ta_xHf_1‑xC陶瓷前驱体。然后将所述Si‑Ta_xHf_1‑xC陶瓷前驱体放入石墨坩埚内并置于炭化炉中，在氩气气氛下升温至1600～1800℃，保温，冷却，得到SiC掺杂Ta_xHf_1‑xC陶瓷。本发明具有工艺简单、成本低、生产周期短、能耗低和产率高特点，所制备的SiC掺杂Ta_xHf_1‑xC陶瓷纯度高、均匀性好和高温抗氧化性能优异。

技术领域

本发明属于高温陶瓷技术领域。具体涉及一种SiC掺杂Ta_xHf_1-xC陶瓷及其制备方法。

背景技术

TaC与HfC作为常用的过渡金属碳化物之一，具有高熔点(＞3600℃)、高硬度(TaC：18.9GPa，HfC:22.1GPa)、高模量(TaC:537GPa，HfC:461GPa) 和机械加工性能好的特点，被广泛运用于航空航天器中的高温防护中。TaC与HfC均为NaCl型晶体结构，能以任意比例形成无限固溶体。通过改变TaC与 HfC的摩尔比，能形成具有不同物理性能的固溶体陶瓷。在该体系中，当TaC 与HfC的比为4∶1时，能形成目前熔点最高的物质Ta₄HfC₅(4215k)。

Ta₄HfC₅仅在1800℃以上才有良好的高温抗氧化性能，采用引入杂原子的方法能极大地步扩展Ta₄HfC₅的高温抗氧化范围。SiC陶瓷是常用的高温陶瓷之一。在高温有氧的条件下，SiC能与氧气发生反应生成SiO₂保护膜，阻止材料的进一步氧化。Ta₄HfC₅在高温有氧的条件下生成Ta₂O₅、HfO₂和Hf₆Ta₂O₁₇。其中， Ta₂O₅的熔点为1800℃，HfO₂的熔点为2750℃，Hf₆Ta₂O₁₇熔点介于二者之间。熔点为1600℃的SiO₂与这些过渡金属氧化物形成氧化协同效应，极大扩展 Ta₄HfC₅的高温抗氧化范围。

目前，大部分研究人员都是通过等离子火花烧结法制备Ta₄HfC₅陶瓷粉体，但是高温高压条件始终不利于大规模工业化生产。使用前驱体裂解法是最适合生产高温陶瓷的方法之一，如“一种简易批量合成高纯五碳化四钽铪陶瓷”(CN 109400165 A)专利技术，公开了制备Ta₄HfC₅陶瓷前驱体技术，但该技术为使反应顺利进行，采用多种原料和多步骤，使用氨水滴定析出前驱体，增加了原料成本和操作难度。又如“一种铪钽硅三元复相陶瓷前驱体、碳/铪钽碳固溶体- 碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法”(CN 110002892 A)专利技术，虽制备了碳/铪钽碳固溶体-碳化硅陶瓷。但是该技术采用聚碳硅烷物理混合，陶瓷均一性差，在高温下不能形成良好均匀的保护膜，导致陶瓷的高温抗氧化性能较差。

发明内容