[发明专利]一种高熵硼化物粉末及其制备方法

说明书

本发明属于高熵陶瓷材料领域，具体涉及一种高熵硼化物粉末及其制备方法。包括如下步骤：步骤(1)：称取原料：按比例称取工业纯铝，过渡金属颗粒和铝‑硼二元中间合金；步骤(2)：熔炼：将步骤(1)称取的原料放入真空电弧炉的水冷铜坩埚中，熔炼得到铝合金锭；步骤(3)：萃取：使用盐酸溶液对步骤(2)得到的铝合金锭进行萃取，得到高熵硼化物的粉末。本发明利用过渡金属元素与铝熔体中的硼元素之间的原位化学反应形成高熵硼化物；然后将上述含有高熵硼化物的铝合金锭用盐酸进行腐蚀，将萃取物烘干，即得到黑色的高熵硼化物粉末；本发明具有工艺简单、成本低、生产效率高的特点。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷材料领域，具体涉及一种高熵硼化物粉末及其制备方法。

背景技术

高熵概念自2004年提出以后，开始被人们应用于包括金属材料和陶瓷材料等各种材料的开发，鉴于高熵效应给材料带来的新颖性质，目前已经成为材料的研究领域的热点。与传统陶瓷相比，高熵陶瓷具有一系列优异的性能，如高熔点、高硬度、低热导率和抗氧化性等，其应用前景非常广阔。

目前，高熵陶瓷材料的研究主要集中在高熵氧化物、高熵硼化物和高熵碳化物等。其中，高熵硼化物的研究主要集中在过渡族IVB、VB和VIB族元素。国内外关于高熵硼化物粉体的获得主要是通过机械合金化球磨、烧结技术等，如Zhang等人在《Scripta Materialia》164(2019):135–139上发表的“Dense high-entropy boride ceramics with ultra-highhardness”的一文中报道了利用硼热还原在1600℃下球磨了24小时后，在2000℃下进行放电等离子烧结得到了(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2Cr_0.2Ti_0.2)B₂粉末。

目前现有的方法大多制备成本高、操作工序多、时间长、效率低，且过程中易出现氧化污染等问题，不易实现工业化应用。因此需要一种能够以低成本获得高产量的，并且易于控制高熵硼化物颗粒尺寸的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高产量、工艺操作简便、易于控制的高熵硼化物粉末的制备方法及其制备的高熵硼化物粉末。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高熵硼化物粉末的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：称取原料：按比例称取工业纯铝，Ti、Cr、V、Zr、Fe单质块体，和铝-硼二元中间合金；

步骤(2)：熔炼：将步骤(1)称取的原料放入真空电弧炉的水冷铜坩埚中，熔炼得到铝合金锭；

步骤(3)：萃取：使用盐酸溶液对步骤(2)得到的铝合金锭进行萃取，得到高熵硼化物的粉末。

进一步地，步骤(1)中原料的组成具体为：质量分数为15.04％-63.98％的工业纯铝，质量分数为33.34％-71.42％的铝-硼中间合金，铝-硼中间合金中硼元素的质量分数为3％-7％，质量分数为0.5％-2.54％的Fe、质量分数为0.46％-2.36％的Cr、质量分数为0.46％-2.32％的V、质量分数为0.82％-4.14％的Zr和质量分数为0.44％-2.18％的Ti，其中Ti、Cr、V、Zr和Fe为等摩尔比。

进一步地，步骤(2)包括如下步骤：

步骤(21)：称量前对原料进行打磨和超声波清洗，以防油污和氧化物；

步骤(22)：将步骤(1)中称取的材料放入真空电弧炉的水冷铜坩埚中；将用于吸氧的纯Ti颗粒置于另一个水冷铜坩埚中；

步骤(23)：将电弧炉抽真空，冲入惰性气体氩气；