[发明专利]高熵陶瓷粉体及其制备方法和高熵陶瓷块体

说明书

本发明涉及高性能陶瓷技术领域，尤其涉及一种高熵陶瓷粉体及其制备方法和高熵陶瓷块体。本发明采用共沉淀法制备高熵陶瓷粉体和块体，所需实验设备简单，操作容易，便于规模生产，同时能够显著降低高熵陶瓷的烧结温度，在1000～1400℃温度范围内实现陶瓷的快速烧结，获得具有钙钛矿结构的高熵陶瓷。

技术领域

本发明涉及高性能陶瓷技术领域，尤其涉及一种高熵陶瓷粉体及其制备方法和高熵陶瓷块体。

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。而高熵合金是由五种以上的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以CoCrCuFeNi为代表的面心立方固溶体结构的合金和以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、良好的生物相容性等，在超高温材料、生物医学和功能材料等领域的发展值得展望。

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，结果显示它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 oftheEuropean 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。由于人们对高熵陶瓷领域的研究较少，使得制备高熵陶瓷的方法还处于探索阶段。虽然这几年一直有新的关于制备高熵陶瓷的方法出现，但大多都有一些缺点：诸如原料具有危险性，无法实现大规模生产，成品质量差以及无法形成一定规格的陶瓷成品，因而探究新的高熵陶瓷的制备方法至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵陶瓷粉体及其制备方法和高熵陶瓷块体，本发明采用共沉淀法制备高熵陶瓷粉体和块体，所需实验设备简单，操作容易，便于规模生产，同时能够显著降低高熵陶瓷的烧结温度，在1000～1400℃温度范围内实现陶瓷的快速烧结，获得具有钙钛矿结构的高熵陶瓷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高熵陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：

将La(NO₃)₃、Co(NO₃)₂、Cr(NO₃)₃、Fe(NO₃)₃、Mn(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂的混合溶液与氨水混合，进行共沉淀反应，固液分离后得到高熵陶瓷前驱体粉末；所述共沉淀反应的pH值为9～10。