[发明专利]一种高熵陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高熵陶瓷基复合材料及其制备方法。所述方法包括如下步骤：(1)配制包含(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C高熵陶瓷粉体和酚醛树脂的高熵陶瓷料浆；(2)利用所述高熵陶瓷料浆浸渍多孔碳/碳坯体，然后依次进行固化和高温裂解的步骤，得到高熵陶瓷基复合材料中间体；(3)将步骤(2)得到的高熵陶瓷基复合材料中间体中进行液硅熔渗反应，制得高熵陶瓷基复合材料。本发明方法制备的高熵陶瓷基复合材料包含高模量、耐高温的(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C基体和SiC基体，具有优异的力学和高温抗烧蚀性能。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种高熵陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

高熵陶瓷是一种新型的含有多种组元的单相固溶体陶瓷，其各组元含量相近，构型熵高，具有比传统陶瓷更高的强度、模量、硬度、熔点和更好的耐腐蚀性能。碳化物高熵陶瓷具有岩盐结构，具有很强的共价键特征及很高的熔点，可应用于各种极端服役环境，是新一代热结构材料的重要发展方向。

Sarker等人(参见：Nature Communications 2018,9,4980-4988)计算了Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W等金属的碳化物所能形成的56种五元高熵陶瓷形成能力，并选择制备了其中的9种。褚衍辉等人(参见：Journal of the American Ceramic Society 2019,103,500-507)研究了(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2Nb_0.2Ti_0.2)C高熵陶瓷的氧化行为，表明高熵陶瓷具有良好的高温抗氧化性能。中国专利申请CN201810703177.6利用热压烧结技术制备了ZrHfTaNbTiC超高温高熵陶瓷材料。从以上的研究报道中可以得知，碳化物高熵陶瓷具有优异的力学和耐高温抗氧化性能，但是高熵陶瓷材料却存在脆性大、韧性差等问题。

目前，高熵陶瓷材料常被用作基体材料的涂层或与碳化硅等添加剂复合制备超高温陶瓷复合材料；而以高熵陶瓷材料作为基体与碳纤维复合制备连续碳纤维增强的高熵陶瓷基复合材料却未见报道。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种高熵陶瓷基复合材料及其制备方法。本发明方法制备的高熵陶瓷基复合材料包含有高模量、耐高温的(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C基体和SiC基体，具有优异的力学和高温抗烧蚀性能。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种高熵陶瓷基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配制包含(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C高熵陶瓷粉体和酚醛树脂的高熵陶瓷料浆；

(2)利用所述高熵陶瓷料浆浸渍多孔碳/碳坯体，然后依次进行固化和高温裂解的步骤，得到高熵陶瓷基复合材料中间体；

(3)将步骤(2)得到的高熵陶瓷基复合材料中间体中进行液硅熔渗反应，制得高熵陶瓷基复合材料。

优选地，所述(Ti_x1Zr_x2Hf_x3Nb_x4Ta_x5)C高熵陶瓷粉体为由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta和C元素组成的单相共溶体；其中，x1+x2+x3+x4+x5＝1，且x1、x2、x3、x4、x5的数值在15％～25％之间。