[发明专利]一种高性能单相自润滑高熵陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能单相自润滑高熵陶瓷材料，该材料呈块体，其组成为(Hfsubgt;0.2/subgt;Mosubgt;x/subgt;Nbsubgt;0.2/subgt;Tasubgt;0.2/subgt;Tisubgt;0.2/subgt;)C，x=0.25~0.6。同时本发明还公开了该高熵陶瓷材料的制备方法。本发明基于“高熵”理念，通过调控材料组分、微观结构和制备工艺，使其在高温制备过程中发生固溶反应，获得单相的高性能高熵碳化物陶瓷块体材料，该高熵陶瓷材料在宽温域具有优异的力学性能和摩擦学性能，特别适用于在高温等极端苛刻工况下要求较高硬度同时保持较低摩擦磨损的特殊工件。

技术领域

本发明涉及高熵材料技术领域，尤其涉及一种高性能单相自润滑高熵陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着我国航空、航天、核电等尖端技术的快速发展，发动机轴承、方向舵轴承以及高温动密封等运动部件的服役工况越来越苛刻，将面临更为严重的高温摩擦磨损问题。在高温苛刻工况下，常规的润滑油、润滑脂以及传统固体润滑微粉难以对先进装备的机械系统实施有效润滑。目前，主要是通过添加第二相（润滑相或耐磨相）来改善材料的高温摩擦学性能。尽管该方法可有效改善摩擦学性能，但是不可避免的会导致其力学性能的严重恶化，特别是硬度急剧下降，造成材料综合使役性能的下降，不能胜任极端的苛刻工况。因此，发展力学与摩擦学性能统一的高性能单相自润滑陶瓷材料具有重要意义。

高熵材料是一类新兴的多功能材料，因新颖的“高熵理念”赋予其诸多新奇特性，正在为前沿领域提供重大的科学启示。中国科学院金属研究所的卢磊研究员团队与国外合作者创制的强韧一体化高熵合金突破了传统结构材料“强度-塑性”的矛盾关系（Science,2021）。随着对高熵材料研究的不断深入，高熵碳化物陶瓷以其独特的组成、微观结构和良好的力学等性能而备受研究者的青睐。目前关于高熵碳化物陶瓷主要是对其制备、力学性能和热物理性能的研究，而对其相关的摩擦学性能的研究非常少。本发明基于高熵理念，通过调控材料组分、微观结构和制备工艺，获得力学与摩擦学性能统一的高性能单相自润滑高熵碳化物陶瓷材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种力学与摩擦学性能统一的高性能单相自润滑高熵陶瓷材料。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该高性能单相自润滑高熵陶瓷材料的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种高性能单相自润滑高熵陶瓷材料，其特征在于：该材料呈块体，其组成为(Hf_0.2Mo_xNb_0.2Ta_0.2Ti_0.2)C，x=0.25~0.6。

如上所述的一种高性能单相自润滑高熵陶瓷材料的制备方法，其特征在于：该方法是指按质量百分比计，将原料77.4~96.5%的 (Hf_0.2Mo_0.2Nb_0.2Ta_0.2Ti_0.2)C高熵陶瓷粉末和3.5~22.6% 的Mo粉末置于球磨机中，并按混合原料质量的10~45%添加无水乙醇，混合均匀后，经干燥、过筛，得到粒径为0.10~15 μm的混合粉末；所述混合粉末装入石墨模具中，经放电等离子烧结，即得单相自润滑高熵陶瓷块体材料。