[发明专利]一种高熵低硼化物陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高熵低硼化物陶瓷及其制备方法，属于高熵陶瓷技术领域，所述高熵低硼化物陶瓷（NbCrMoWFe）B_0.8为单相四方结构，其制备方法主要包括两个步骤：将各原料粉末混合均匀，制备得到混合粉末；采用热压烧结技术，将制备的混合粉末放入导热性能良好的石墨模具中进行固相反应烧结，烧结结束后，冷却至室温，得到高熵陶瓷（NbCrMoWFe）B_0.8。本发明利用硼化物和纯金属粉末为原料制备了块状高熵低硼化物，可以有效便利的控制体系中硼元素的含量；采用了较低熔点的纯金属元素作为粘结相，有效降低烧结温度，利用硼化物在烧结过程中可以保持良好的热稳定性，得到的高熵陶瓷致密性好、硬度高。

技术领域

本发明涉及一种高熵低硼化物陶瓷及其制备方法，属于高熵陶瓷技术领域。

背景技术

随着人们对材料性能要求的不断提高，单一组元陶瓷材料已经无法满足当前的使用需求。为了发展在极端条件下使用的新型陶瓷材料，在传统超高温复相陶瓷体系的基础之上，应用高熵合金设计思想制备的新型高熵陶瓷已成为近期的研究热点。按照化学成分分类，可以分为氧化物高熵陶瓷和非氧化物高熵陶瓷。氧化物高熵陶瓷可以按照晶体结构进行分类，如岩盐型结构、萤石型结构、钙钛矿型结构、尖晶石型结构高熵陶瓷等。非氧化物高熵陶瓷按照成分分类，包括碳化物、硼化物、氮化物和硅化物高熵陶瓷等，这些高熵陶瓷具有优异的性能包括：低的热传导率、高熔点、高硬度、较优异的力学性能和理化稳定性，在热电、航空航天、核能和高速切削加工等极端环境有着广阔的应用前景。

其中过渡族金属硼化物是目前研究较多的非氧化物高熵陶瓷之一，硼化物陶瓷及其复合材料作为一种重要的高新材料，具有极其优异的性能，包括：高熔点、高硬度、良好的抗氧化性和耐磨性，可以用于硬质工具材料、耐磨及耐腐蚀部件，并且硼化物陶瓷还具有优异的电性能，可以作为惰性电极和高温电极材料。现有的制备高熵硼化物的方式通常为纯的金属粉末和硼粉之间的固相扩散反应，或者是通过硼热或硼碳热还原预先制备前驱体，烧结所需要的驱动力较大，工艺步骤较复杂，尤其是对含有W、Mo、Nb等难熔金属元素的体系，通常在2000℃以上才能实现材料的致密化，形成单一的固溶体相。

发明内容

本发明的目的是提供一种高熵低硼化物陶瓷及其制备方法，制备单相四方结构的高熵低硼化物陶瓷（NbCrMoWFe）B_0.8。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高熵低硼化物陶瓷，所述高熵低硼化物陶瓷为单相四方结构，原子百分比表达式为（NbCrMoWFe）B_0.8。

一种制备所述高熵低硼化物陶瓷的方法，包括以下步骤：

S1：将各原料粉末混合均匀，制备得到混合粉末；

S2：采用热压烧结技术，将步骤S1制备的混合粉末放入导热性能良好的石墨模具中进行固相反应烧结，烧结结束后，冷却至室温，得到高熵陶瓷（NbCrMoWFe）B_0.8。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述原料粉末分别Nb粉、Fe粉、MoB粉、WB粉和CrB₂粉，各粉末纯度均高于99.5%。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述Nb、Fe、MoB、WB和CrB₂的摩尔比为1:1:1:1:1。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述Fe粉的粒度为35～40μm，Nb粉的粒度为5～10μm，MoB粉的粒度为10～15μm，WB粉的粒度为10～15μm，CrB₂粉的粒度为3～5μm。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S1的具体制备步骤为：

S11：将各原料粉末按照等摩尔比例进行称量；