[发明专利]一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于非氧化物陶瓷基复合材料技术领域，公开了一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用。该复相陶瓷是将高熵碳化物(Tisubgt;0.2/subgt;Zrsubgt;0.2/subgt;Nbsubgt;0.2/subgt;Tasubgt;0.2/subgt;Mosubgt;0.2/subgt;)C粉体和SiBsubgt;6/subgt;混合粉体放入石墨模具，采用放电等离子烧结或热压烧结，制得SiC晶须和高熵硼化物(Tisubgt;0.2/subgt;Zrsubgt;0.2/subgt;Nbsubgt;0.2/subgt;Tasubgt;0.2/subgt;Mosubgt;0.2/subgt;)Bsubgt;2/subgt;增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷，该复相陶瓷具有比单一的高熵碳化物陶瓷更高的维氏硬度和断裂韧性；且相对密度大于99％，维氏硬度为23～26GPa，断裂韧性为4～6MPa·msupgt;1/2/supgt;，可应用在制备切削难加工材料或航空航天耐磨零部件中。

技术领域

本发明属于非氧化物陶瓷基复合材料技术领域，更具体地，涉及一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷及其制备方法和应用。

技术背景

高熵碳化物陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高耐磨性和高化学稳定性等优异性能，可应用于航空航天、高速切削刀具、军事装备和核能等领域。相较于传统过渡金属一元碳化物陶瓷材料，高熵碳化物陶瓷具有多样的元素组合和简单的单一相结构，在成分设计上拥有很大的发挥空间，是传统过渡金属一元碳化物陶瓷的理想替代材料。然而，由于高熵碳化物特殊的晶体结构，导致其断裂韧性低于传统的过渡金属一元碳化物陶瓷，限制了其进一步应用。故开发提升高熵碳化物陶瓷断裂韧性的有效手段，成为了现下研究者的研究重点。

高熵硼化物陶瓷属于超高温材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，引起了研究者的广泛关注。其有望成为超音速飞行器、火箭发动机等极端环境下的候选材料。高熵硼化物陶瓷的维氏硬度显著高于高熵碳化物陶瓷，将高熵硼化物以第二相的形式引入高熵碳化物陶瓷有望进一步提升高熵碳化物陶瓷的维氏硬度和高温性能。同时，晶须作为传统的增韧材料已被证明对高熵碳化物陶瓷具有很好的增韧效果。

目前，多采用直接添加高熵硼化物及晶须的方法来实现对高熵碳化物的增硬增韧，这种方法成本高、工艺复杂，且易受到原材料品质的影响。然而在高熵金属非氧化物陶瓷基材料领域，尚未报道过原位生成SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷材料。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷。该复相陶瓷具有致密的结构。原位生成的SiC晶须和高熵硼化物均匀的分布在高熵碳化物基体中，极大地提高了复相材料的维氏硬度和断裂韧性。

本发明的另一目的在于提供上述SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷的制备方法。该方法采用放电等离子烧结或热压烧结，将高熵碳化物(Ti_0.2Zr_0.2Nb_0.2Ta_0.2Mo_0.2)C-SiB₆混合粉体通过原位反应制得SiC晶须增硬增韧的高熵碳化物复相陶瓷。

本发明的再一目的在于提供上述SiC晶须和高熵硼化物增硬增韧高熵碳化物的复相陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：