[发明专利]一种MAX相高熵陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及制备SiC纳米线强韧化MAX相高熵陶瓷材料基复合材料的方法，以及由该方法制备得到的材料。该方法包括步骤：1)将MAX相粉末进行配料混合，进行球磨，然后进行真空干燥，所述MAX相粉末为任意三种以上的过渡金属MAX相碳化物粉末；2)将SiC纳米线倒入含有分散助剂的分散介质中进行超声分散；3)将步骤1得到的混合粉末加入步骤2得到的分散液中进行磁力搅拌，并进行真空干燥，然后过筛；4)将步骤3得到的混合粉末置于钢模中，进行预压成形，得到陶瓷素胚；5)将步骤4得到陶瓷素胚置于将石墨模具中，在真空环境下压力烧结。通过在MAX相高熵陶瓷基体中引入SiC纳米线提升了材料的综合力学性能。

技术领域

本发明属于结构陶瓷材料技术领域，更具体的涉及一种制备具有优异综合力学性能的SiC纳米线强韧化MAX相高熵陶瓷材料基复合材料的方法，以及由该方法制备得到的SiC纳米线强韧化MAX相高熵陶瓷材料基复合材料。

背景技术

MAX相陶瓷是一类具有高长轴比和化学键各向异性的六方结构陶瓷。它兼具金属和陶瓷的优点，如低密度、高模量、高损伤容限以及良好的抗热震性能和导电性等，具有广阔的应用前景，有望用于高温密封件、核燃料包壳材料、新型电刷和电极等。但是，与传统的陶瓷材料相比，MAX相的硬度(2～6GPa)和强度较低，这大大限制了其在工程应用范围，所以提高其力学性能十分必要。

近年来，众多研究人员尝试通过固溶强化、第二相颗粒强化和织构强化等强化方式提升MAX相的力学性能。

“高熵”是近年来出现的新的材料设计理论，目前已成为材料研究领域的一大热点，其概念最初由高熵合金发展而来。高熵合金是将多种合金元素以近等原子比固溶到一起，形成单相的固溶体。随着研究的不断深入，高熵的概念逐渐拓展到其他材料中，如高熵金属玻璃、高熵陶瓷、高熵热电材料、高熵聚合物等。多主元所引起的“高熵效应”能有效提高材料的热力学稳定性，降低材料的烧结温度，本发明采用“高熵效应”合成多主元系的MAX相高熵陶瓷材料，“高熵化”所引起的固溶强化，晶格畸变等效应进一步的提升了MAX相陶瓷材料的综合性能，为MAX相材料在实际工程中的应用提供了更多的可能性。

此外，通过在MAX相基体中加入纤维材料，是一种比较常见的强化方式，这种方式可以有效提高材料的力学性能。纤维增韧被认为是最有效的陶瓷强韧化方式，纤维增强陶瓷材料的断裂是一个复杂的过程。外加载荷作用下，基体表面首先开裂，继而裂纹扩展，当界面强度合适时，裂纹遇到晶须/短纤维时，晶须/短纤维发生桥接作用，且同时裂纹沿着界面偏转，使晶须/短纤维发生脱黏继而滑动拔出；裂纹继续向前扩展直至材料整体断裂(祝泉.定向SiCNWs增强SiC纳米复合材料的制备及性能研究[D].中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)，2020.)。SiC纳米线具有高长径比、高弹性模量、高断裂韧性、热稳定性高、耐腐蚀抗氧化等优点，因此SiC纳米线作为补强增韧的增强体在复合材料的应用中具有良好的前景(曾凡，陈建军，姜敏，方宁象，SiC纳米线增强反应烧结碳化硅陶瓷的性能研究[J].硅酸盐通报，2018，37(02):586-590.)。

MAX相高熵陶瓷材料是新兴的一种MAX相材料，较传统MAX相陶瓷具有更高的强度与硬度。在MAX相高熵陶瓷的基础上引入SiC纳米线，从而可进一步提高MAX相高熵陶瓷的综合力学性能。然而，MAX相高熵陶瓷材料目前国内外的研究尚处于起步阶段，未发现有对MAX高熵陶瓷材料进行增强改性的报告，因此如何制备综合力学性能良好的SiC纳米线强韧化高熵陶瓷基复合材料是一个新的领域。

发明内容

技术问题

为了进一步提高MAX相陶瓷的综合性能，本发明提供一种制备SiC纳米线强韧化MAX相高熵陶瓷基复合材料的方法，以及由该方法制备得到的SiC纳米线强韧化MAX相高熵陶瓷基复合材料，该复合材料具有优异的综合力学性能的特点，例如具有高硬度、优异的断裂韧性和弯曲强度。

技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：