[发明专利]耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及碳化物陶瓷的制备方法，具体涉及耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法，用于解决现有高熵碳化物陶瓷存在元素偏析、致密低，以及耐辐照性能较弱的不足之处。该耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法采用等摩尔比的TiC、TaC、ZrC、VC粉末进行球磨混合，再进行SPS烧结，得到(Ta_0.25Ti_0.25Zr_0.25V_0.25)C块体；该(Ta_0.25Ti_0.25Zr_0.25V_0.25)C块体具有热力学上的高熵效应，结构上的晶格畸变效应，动力学上的迟滞扩散效应，性能上的鸡尾酒效应，使得其具有高硬度、高强度和抗氧化性等优异性能。同时，本发明还公开一种耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法，在四元高熵碳化物基础上加入Mo粉末，烧结得到五元高熵碳化物陶瓷。

技术领域

本发明涉及碳化物陶瓷的制备方法，具体涉及耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法。

背景技术

“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。2015年C.M.Rost等揭示了由熵驱动向均质单相体系过渡的机制(C.M.Rost,E.Sachet,T.Borman,A.Moballegh,E.C.Dickey,D.Hou,J.L.Jones,S.Curtarolo,J.P.Maria,Entropy-stabilized oxides,Nat Commun 6(2015)8485.)，进而把高熵的概念首次应用于陶瓷领域，并引入一个新的材料家族：熵稳定氧化物。高熵陶瓷随后被扩展到硼化物、碳化物、氮化物、硫化物、硅化物。高熵效应带来的陶瓷优异性能引起材料学界高度关注。高熵陶瓷是目前陶瓷材料研究领域的一大新突破和一个新热点。

对于陶瓷以及其他非金属材料来说，高熵为同一个亚晶格具有5种或以上的离子，比如第一个被报道的高熵氧化物即岩盐结构的(MgNiCoCuZn)O,即其他4种阳离子随机取代Mg离子在MgO里的位置,而O的位置不变，不存在构型熵的变化。此外，陶瓷中还存在多种空位以及非化学计量这些都会引起构型熵的增加。因此，高熵的定义不是绝对的，目前还未有统一的标准，可以定义为含有5种以上元素的固溶体，也可以按照Smix≥1.61R(或Smix＞1.5R)来定义，部分文献中,把4主元的体系也称为高熵。

尽管现有高熵碳化物陶瓷的制备方法非常多，但由于多个组元的加入，会使组分复杂程度呈指数上升，高熵碳化物陶瓷普遍存在元素偏析、致密度较低的问题，此外，高熵碳化物陶瓷在经过辐照后会产生缺陷，从而影响整体性能。

发明内容

本发明的目的是解决现有高熵碳化物陶瓷存在元素偏析、致密低，以及耐辐照性能较弱的不足之处，而提供耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处且能够获得耐辐照核用碳化物高熵陶瓷，本发明提供了如下技术解决方案：

一种耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、将等摩尔比的TiC、TaC、ZrC、VC粉末作为原料在真空条件下进行球磨，获得球磨粉末；研磨球与原料的质量比为5-10:1；

将球磨粉末进行过筛，得到成分均匀的纳米尺度的混合粉末；

步骤2、将步骤1得到的混合粉末采用放电等离子烧结炉在真空条件下进行烧结，得到高熵碳化物陶瓷块体；所述烧结采用的温度为2000℃-2150℃。

进一步的，步骤1中，所述TiC、TaC、ZrC、VC粉末的纯度大于99％，粒径为0.5～1μm。

进一步地，步骤1中，所述球磨的过程为：将球磨30-60min、暂停5-10min作为一个周期，进行周期性球磨，转速为300-350r/min，球磨时间总计不小于24h。