CN106588020B - 一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金 - Google Patents

一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金 Download PDF

Info

Publication number
CN106588020B
CN106588020B CN201611053755.3A CN201611053755A CN106588020B CN 106588020 B CN106588020 B CN 106588020B CN 201611053755 A CN201611053755 A CN 201611053755A CN 106588020 B CN106588020 B CN 106588020B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hafnium
tantalum
dripping
monohydric alcohol
refluxing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611053755.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106588020A (zh
Inventor
赵彤
邱文丰
鲁艳
叶丽
韩伟健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zigong Zhongtiansheng New Material Technology Co ltd
Original Assignee
Institute of Chemistry CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Chemistry CAS filed Critical Institute of Chemistry CAS
Priority to CN201611053755.3A priority Critical patent/CN106588020B/zh
Publication of CN106588020A publication Critical patent/CN106588020A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106588020B publication Critical patent/CN106588020B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C04B35/5622—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on zirconium or hafnium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G79/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L85/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage in the main chain of the macromolecule containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen and carbon; Compositions of derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure

Abstract

本发明涉及一种HfxTa1‑xC合金前驱体的制备方法及得到的HfxTa1‑xC合金。包括：1)将四氯化铪分散在溶剂中，滴入一元醇，再滴入三乙胺，滴加完毕回流，过滤，得铪醇盐溶液；2)向铪醇盐溶液中滴加螯合剂，滴完回流；再加入水和一元醇，滴完回流，减压蒸馏得聚铪氧烷；3)将五氯化钽分散在溶剂中，滴入一元醇，随后滴入三乙胺，滴加完毕回流，过滤，得钽醇盐溶液；4)向铪醇盐溶液中滴加螯合剂，滴完回流；再加入水和一元醇，滴完回流，减压蒸馏得聚钽氧烷；5)将聚铪氧烷、聚钽氧烷及烯丙基酚醛混合，得铪钽合金前驱体。本发明制备的合金前驱体溶解性优良，稳定储存期好，可作为纤维增强陶瓷基复合材料基体使用。

Description

一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC 合金
技术领域
本发明涉及超高温陶瓷前驱体及陶瓷的制备方法，尤其涉及HfxTa1-xC合金前驱体及合金的制备方法。
背景技术
难熔金属陶瓷是超高熔点的一类材料，具有极好的耐烧蚀、抗冲刷性能，且难熔金属碳化物在氧化气氛中由于与氧反应生成氧化物覆盖在材料表面，保护材料不被进一步氧化，因而又具有高温抗氧化性能。
典型的难熔金属碳化物为ZrC、HfC、TaC等，其中TaC的熔点3880℃，TaC的强共价键-金属健连接方式使其呈现良好的抗氧化、抗热冲击和抗化学侵蚀性能；HfC熔点3890℃，是熔点最高的二元金属化合物，其化学稳定性好，抗氧化性强，硬度高达33GPa。TaC和HfC两者晶型相同，晶胞常数接近，二者可以任意比例发生固溶反应形成固溶体HfxTa1-xC，且固溶体的超高温力学性能、抗氧化侵蚀性能优于HfC、TaC等碳化物陶瓷。由于其具备超高温合金材料的一些特性，因此被称为铪钽合金，其本质是铪钽碳固溶体合金，其中精确化学计量比的Hf0.2Ta0.8C的熔点高于单一碳化物(HfC、TaC)的熔点，其熔点高达4215K，是目前人类已知熔点最高的物质。
一般而言，金属材料具备延展性，而典型的陶瓷材料(如SiC、ZrC、ZrB2、HfC等)不具备延展性，但文献报道Hf0.2Ta0.8C铪钽合金具有一定的延展性，即该铪钽合金材料性质介于金属材料和陶瓷材料之间。可见，铪钽碳固溶体合金不仅具有更高的熔点，还综合了TaC和HfC陶瓷的优点，具有杰出的耐超高温抗氧化冲蚀能力，可用于高超声速飞行器热防护系统，以及新一代火箭发动机喉衬部件。
TaC和HfC同众多ⅣB和VB族的过渡金属碳化物一样，均具有NaCl型面心立方结构，因而原则上两者可实现互溶，即形成TaxHf1-xCy固溶体。然而，由于制备困难以及极端温度应用评价的难题，国内该材料的研究工作极少，主要开展了理论计算工作，计算模拟Hf0.2Ta0.8C 高熔点的成因，国际上对HfxTa1-xC铪钽合金材料的研究工作也非常少。已有的研究工作是利用高温粉末冶金方法来制备，具体而言是将HfC、TaC粉体在高温高压下进行固溶反应制备。 Fisher等[Fischer JJ.Ceram Bull 1964,43:183-5.]以粒径1.5μm的TaC和HfC粉体为原料，在 2538℃，48MPa条件下保压、保温一段时间，制备了Hf0.2Ta0.8C致密块体。为了降低烧结温度，Farzin Arianpour等[Farzin Arianpour et al.InternationalJournal of Refractory Metals and Hard Materials,2016,56,1-7]以MoSi2为烧结助剂，对TaC粉体和HfC粉体进行2000℃真空SPS 烧结，制备了相对密度最高达到99％的Ta0.8Hf0.2C块体，并测试了其硬度(18-19GPa)和断裂韧性(4-4.3MPa·m1/2)。Ghaffari等[Ghaffari,S.A.et al,Journal of European Ceramic Society, 2013,33,1479-1484]以MoSi2和TaSi2为烧结助剂，对TaC粉体和HfC粉体进行SPS烧结，制备了一系列HfxTa1-xC(x＝0.1，0.2，0.3)合金，并研究了其硬度和断裂韧性，发现随着Hf/Ta 比例增多，固溶体的硬度和断裂韧性均有所变大，且烧结助剂的种类对材料的性能也有较大的影响。
总之，在现有技术中，HfxTa1-xC合金多是采用TaC和HfC粉体在高温高压下发生固溶反应制备，对设备要求较高，尽管加入MoSi2或TaSi2等助剂可以有效的降低固溶温度，但是烧结助剂在材料中相当于杂质存在，且助剂往往会参与固溶反应进入HfxTa1-xC合金的晶格结构中，使合金的晶格参数发生变化，这些杂原子的引入极可能会大大降低固溶体的熔点。因此，如何利用简单的方法制备高纯的HfxTa1-xC合金材料是现有技术亟需解决的难题之一。
CN104961465A公开了一种Ta-Hf-C三元陶瓷及其制备方法。该Ta-Hf-C三元陶瓷为Ta-Hf-C连续单相固溶体陶瓷粉体。制备方法包括：(1)配制前驱体溶液：将金属无机盐混合物加入第一溶剂中，所述金属无机盐混合物为含Ta5+的无机盐和含Hf4+的无机盐，得到含钽铪溶液；将碳源加入第二溶剂中，经搅拌溶解，得到碳源溶液；将所述含钽铪溶液和所述碳源溶液混合，经搅拌后，得到前驱体溶液；(2)溶剂热处理：将步骤(1)所得前驱体溶液进行溶剂热处理，所述处理温度为150℃～250℃，所述处理时间为5h～24h，得到中间产物；(3)干燥：干燥步骤(2)所得中间产物，得到干燥产物；(4)高温煅烧：将步骤(3) 所得干燥产物进行高温煅烧，以20℃/min～100℃/min的升温速率升温至1600℃～1800℃，保温1h～3h，最后随炉冷却，得到Ta-Hf-C三元陶瓷。该发明利用了Hf-Ta元素与C源间的反应使元素达到分子级分布，因此，其得到合金的温度大大降低。但由于铪钽溶液和碳源之间的反应不可控，其只能得到粉末的不能溶解的前驱体，前驱体不具备加工性，不能进行复合材料、涂层或纤维的制备，且反应需要在高压(溶剂热就是高压反应)下进行，条件比较苛刻。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金。该方法制备条件温和，对设备要求低；且采用本发明方法所合成的铪钽合金前驱体溶解性优良，可与醇类溶剂以任意比例混溶，储存稳定性优良(室温保存1年后粘度变化不超过10％)，可作为复合材料基体树脂使用，可用于制备纤维增强铪钽合金陶瓷基复合材料，在制备涂层及陶瓷纤维方面也具有潜在的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法，其中，所述的制备方法包括以下步骤：
1)铪醇盐的制备：将四氯化铪分散在溶剂中，滴入一元醇，随后滴入三乙胺，滴加完毕加热回流，过滤，得铪醇盐溶液；
2)聚铪氧烷的制备：向铪醇盐溶液中滴加螯合剂，滴完回流；然后再加入水和一元醇的混合液，滴完回流，减压蒸馏得到聚铪氧烷；
3)钽醇盐的制备：将五氯化钽分散在溶剂中，滴入一元醇，随后滴入三乙胺，滴加完毕加热回流，过滤，得钽醇盐溶液；
4)聚钽氧烷的制备：向铪醇盐溶液中滴加螯合剂，滴完回流；然后再加入水和一元醇的混合液，滴完回流，减压蒸馏得到聚钽氧烷；
5)HfxTa1-xC铪钽合金前驱体的制备：将聚铪氧烷、聚钽氧烷及烯丙基酚醛混合均匀，得到铪钽合金前驱体。
CN104961465A公开了一种Ta-Hf-C三元陶瓷及其制备方法，虽然该方法利用了Hf-Ta 元素与C源间的反应使元素达到分子级分布，使其得到合金的温度大大降低。但由于铪钽溶液和碳源之间的反应不可控，其只能得到粉末的、不能溶解的前驱体，前驱体不具备加工性，不能进行复合材料、涂层或纤维的制备，且反应需要在高压(溶剂热就是高压反应)下进行，条件比较苛刻。
本发明制备方法简单，不需要在高压下进行。更重要的是采用本发明的制备方法制得的 HfxTa1-xC铪钽合金前驱体不仅溶解性优良，可与醇类溶剂以任意比例混溶，可溶于乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、甲苯、二甲苯中的任一种溶剂或几种溶剂的混合溶剂；而且其储存稳定性优良(室温保存1年后粘度变化不超过10％)，可作为复合材料基体树脂使用，可用于制备纤维增强铪钽合金陶瓷基复合材料，在制备涂层及陶瓷纤维方面也具有潜在的应用。
上述制备方法中，其中，步骤1)和步骤3)中，滴入一元醇时控制温度在-5～10℃范围内，加热回流时间为1～5h。
步骤2)和步骤4)中，滴加螯合剂时控制温度在室温～80℃范围内，滴完回流时间为0.5～5h；滴加水和一元醇的混合液时控制温度在室温～80℃范围内，滴完水和一元醇的混合液后回流时间为1～5h。
步骤1)中所述的四氯化铪、溶剂、一元醇与三乙胺的摩尔比为1：(30～50)：(4.5～7)： (4～5)；步骤3)中所述的五氯化钽、溶剂、一元醇与三乙胺摩尔比为1：(40～60)：(6～9)： (5～6)。
步骤2)中所述的铪醇盐、螯合剂、水与一元醇的摩尔比为1：(0.5～2.0)：(0.9～1.5)：(4～8)；步骤4)中所述的钽醇盐、螯合剂、水与一元醇的摩尔比为1：(0.5～2.0)：(0.9～1.5)： (4～8)。
步骤5)中所述聚铪氧烷和聚钽氧烷的比例满足Hf元素与Ta元素的摩尔比为x：(1-x) 的关系，其中0<X<1，烯丙基酚醛的质量是铪和钽元素质量之和的0.4倍。
烯丙基酚醛是利用烯丙基氯跟酚醛树脂合成的烯丙基化酚醛树脂，包括O-烯丙基酚醛树脂和C-烯丙基酚醛树脂，在热塑性酚醛树脂中引入不饱和基团，利用不饱和双键的加成实现固化，通过不饱和基团之间的加成反应使分子之间发生交联，改进了其在固化过程中会产生低分子物质的问题，影响制件的绝缘和其他性能，提高了材料的加工性。
本发明中，烯丙基酚醛可以采用现有技术的方法合成得到，如采用本研究小组之前已发表的文章“Thermosetting Resin System Based on Novolak and Bismaleimidefor Resin-Transfer Molding”【Journal of Applied Polymer Science,83,1651(2002)】中所报道的方法合成。本发明所用的烯丙基酚醛树脂的烯丙基化程度大于85％。
步骤1)和步骤3)中所述的溶剂为正己烷、正庚烷、甲苯、二甲苯、石油醚、叔丁基甲醚、乙二醇二甲醚或乙二醇二乙醚中的一种。
步骤1)至步骤4)中所述的一元醇为正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚中的一种。
步骤2和步骤4)中所述的螯合剂为乙酰丙酮或乙酰乙酸乙酯中的一种或两种的混合物。
本发明还提供一种HfxTa1-xC合金，其中，所述的HfxTa1-xC合金为将采用本发明所述的制备方法制备的HfxTa1-xC铪钽合金前驱体固化，然后在真空或氩气保护下、在温度1600-2000℃下裂解，即得所述的HfxTa1-xC合金。
本发明中，所述的固化为将HfxTa1-xC铪钽合金前驱体于烘箱中100℃、150℃、200℃、 250℃各保温2h使之固化。
在现有技术中，HfxTa1-xC合金多是采用TaC和HfC粉体在高温高压下发生固溶反应制备，对设备要求较高，尽管加入MoSi2或TaSi2等助剂可以有效的降低固溶温度，但是烧结助剂在材料中相当于杂质存在，且助剂往往会参与固溶反应进入HfxTa1-xC合金的晶格结构中，使合金的晶格参数发生变化，从而使制得的合金纯度不高，而且这些杂原子的引入也极可能会大大降低固溶体的熔点。
本发明HfxTa1-xC合金的制备过程中只需将本发明制得的HfxTa1-xC铪钽合金前驱体固化，然后在真空或氩气保护下、在温度1600-2000℃下裂解，即得；不需要加入MoSi2或TaSi2等助剂，从根本上避免了杂质的引入，提高了所得的合金的纯度。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明采用前驱体法先合成铪氧聚合物和钽氧聚合物，再通过和碳源烯丙基酚醛复配制备了铪钽合金前驱体，前驱体负压或常压Ar保护下裂解后可形成铪钽合金纳米粉体，制备条件温和，对设备要求低；且本发明所合成的铪钽合金前驱体溶解性优良，储存稳定性优良(室温保存1年后粘度变化不超过10％)，可作为复合材料基体树脂使用，因此可用于制备纤维增强铪钽合金陶瓷基复合材料，在制备涂层及陶瓷纤维方面也具有潜在的应用。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的Hf0.2Ta0.8C合金的XRD图；
图2为本发明实施例1所得的Hf0.2Ta0.8C合金的SEM图；
图3为本发明实施例2所得的Hf0.8Ta0.2C合金的XRD图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中Hf0.2Ta0.8C前驱体按以下步骤合成：
1.铪醇盐的制备：将1mol四氯化铪分散在30mol正己烷溶剂中，-5℃滴入4.5mol正丙醇，随后滴入4mol三乙胺，滴加完毕加热回流1h，过滤得铪醇盐溶液；
2.聚铪氧烷的制备：室温下，向步骤1所得铪醇盐溶液中滴加0.5mol乙酰丙酮，滴完回流0.5h，降至室温，滴入0.9mol水和4mol正丙醇的混合液，滴完回流1h，减压蒸馏得到聚铪氧烷；
3.钽醇盐的制备：将4mol五氯化钽分散在240mol石油醚中，-5℃滴入24mol正丁醇，随后滴入20mol三乙胺，滴加完毕加热回流1h，过滤，得钽醇盐溶液；
4.聚钽氧烷的制备：室温下向步骤3所得铪醇盐溶液中滴加2mol乙酰丙酮，滴完回流 0.5h，降至室温，滴入4.5mol水和16mol正丁醇的混合液，滴完回流1h，减压蒸馏得到聚钽氧烷；
5.Hf0.2Ta0.8C铪钽合金前驱体的制备：将步骤2所得聚铪氧烷、步骤4所得聚钽氧烷与 360.9g烯丙基酚醛混合均匀，得到铪钽合金前驱体。
将前驱体于烘箱中100℃、150℃、200℃、250℃各保温2h使之固化，然后置于石墨炉中，真空加热至1600℃，得到Hf0.2Ta0.8C合金，电感耦合等离子发射光谱测试合金的Hf元素含量为18.3wt％，Ta元素含量为74.7wt％，碳硫分析仪测试合金中C元素含量为6.2wt％，对应元素摩尔比Hf:Ta:C＝1:4.04:5.04，接近理论比值。其XRD图如图1所示，样品的SEM 图如图2所示。
实施例2
本实施例中Hf0.8Ta0.2C前驱体按以下步骤合成：
1.铪醇盐的制备：将4mol四氯化铪分散在200mol正庚烷溶剂中，10℃滴入28mol异丙醇，随后滴入20mol三乙胺，滴加完毕加热回流5h，过滤得铪醇盐溶液；
2.聚铪氧烷的制备：室温下，向步骤1所得铪醇盐溶液中滴加4mol乙酰乙酸乙酯，滴完回流2h，降至室温，滴入6mol水和32mol异丙醇的混合液，滴完回流2h，减压蒸馏得到聚铪氧烷；
3.钽醇盐的制备：将1mol五氯化钽分散在40mol乙二醇二甲醚中，10℃滴入9mol异丁醇，随后滴入6mol三乙胺，滴加完毕加热回流5h，过滤，得钽醇盐溶液；
4.聚钽氧烷的制备：室温下向步骤3所得铪醇盐溶液中滴加1mol乙酰乙酸乙酯，滴完回流2h，降至室温，滴入0.9mol水和8mol异丁醇的混合液，滴完回流5h，减压蒸馏得到聚钽氧烷；
5.Hf0.8Ta0.2C铪钽合金前驱体的制备：将步骤2所得聚铪氧烷、步骤4所得聚钽氧烷与 358.0g烯丙基酚醛混合均匀，得到铪钽合金前驱体。
将前驱体于烘箱中100℃、150℃、200℃、250℃各保温2h使之固化，然后置于石墨炉中，Ar气保护下加热至2000℃，得到Hf0.8Ta0.2C合金，电感耦合等离子发射光谱测试合金的 Hf元素含量为74.8wt％，Ta元素含量为18.9wt％，碳硫分析仪测试合金中C元素含量为6.3wt％，对应元素摩尔比Hf:Ta:C＝4.01:1:5.03，接近理论比值。其XRD图如图3所示。
实施例3
本实施例中Hf0.5Ta0.5C前驱体按以下步骤合成：
1.铪醇盐的制备：将1mol四氯化铪分散在40mol叔丁基甲醚溶剂中，0℃滴入5mol乙二醇单甲醚，随后滴入4.5mol三乙胺，滴加完毕加热回流3h，过滤得铪醇盐溶液；
2.聚铪氧烷的制备：50℃下，向步骤1所得铪醇盐溶液中滴加2mol乙酰丙酮，滴完回流5h，降至50℃，滴入1.2mol水和5mol正丙醇的混合液，滴完回流3h，减压蒸馏得到聚铪氧烷；
3.钽醇盐的制备：将1mol五氯化钽分散在40mol乙二醇二乙醚中，0℃滴入8mol正丙醇，随后滴入5.5mol三乙胺，滴加完毕加热回流3h，过滤，得钽醇盐溶液；
4.聚钽氧烷的制备：50℃下向步骤3所得铪醇盐溶液中滴加2mol乙酰丙酮，滴完回流 5h，降至80℃，滴入1.5mol水和7mol正丙醇的混合液，滴完回流5h，减压蒸馏得到聚钽氧烷；
5.Hf0.5Ta0.5C铪钽合金前驱体的制备：将步骤2所得聚铪氧烷、步骤4所得聚钽氧烷与 143.8g烯丙基酚醛混合均匀，得到铪钽合金前驱体。
将前驱体于烘箱中100℃、150℃、200℃、250℃各保温2h使之固化，然后置于石墨炉中，真空加热至1800℃，得到Hf0.5Ta0.5C合金，电感耦合等离子发射光谱测试合金的Hf元素含量为46.6wt％，Ta元素含量为47.3wt％，碳硫分析仪测试合金中C元素含量为6.2wt％，对应元素摩尔比Hf:Ta:C＝1:1:1.98，接近理论比值。
实施例4
本实施例中Hf0.2Ta0.8C前驱体按以下步骤合成：
1.铪醇盐的制备：将1mol四氯化铪分散在45mol正庚烷溶剂中，2℃滴入6mol正丙醇，随后滴入5mol三乙胺，滴加完毕加热回流2h，过滤得铪醇盐溶液；
2.聚铪氧烷的制备：80℃下，向步骤1所得铪醇盐溶液中滴加2mol乙酰丙酮，滴完回流1h，降至室温，滴入1.5mol水和8mol正丙醇的混合液，滴完回流2h，减压蒸馏得到聚铪氧烷；
3.钽醇盐的制备：将4mol五氯化钽分散在200mol叔丁基甲醚中，-5℃滴入32mol乙二醇单甲醚，随后滴入20mol三乙胺，滴加完毕加热回流2.5h，过滤，得钽醇盐溶液；
4.聚钽氧烷的制备：50℃下向步骤3所得铪醇盐溶液中滴加8mol乙酰乙酸乙酯，滴完回流2h，降至50℃，滴入3.6mol水和30mol正丙醇的混合液，滴完回流2h，减压蒸馏得到聚钽氧烷；
5.Hf0.2Ta0.8C铪钽合金前驱体的制备：将步骤2所得聚铪氧烷、步骤4所得聚钽氧烷与 360.9g烯丙基酚醛混合均匀，得到铪钽合金前驱体。
将前驱体于烘箱中100℃、150℃、200℃、250℃各保温2h使之固化，然后置于石墨炉中，Ar保护下加热至1900℃，得到Hf0.2Ta0.8C合金，电感耦合等离子发射光谱测试结果与实施例1相似。
试验例1、储存稳定性试验
本试验例考察了本发明实施例制得的铪钽合金前驱体的储存稳定性。
试验方法：分别测定本发明实施例所制得的铪钽合金前驱体的初始粘度和室温保存1年后的粘度，考察其粘度变化率。
试验结果如下表1所示：
表1、储存稳定性考察结果
铪钽合金前驱体 初始粘度(Pa·S) 室温保存1年后粘度(Pa·S) 粘度变化率
实施例1 28 29 3.57％
实施例2 29 30 3.45％
实施例3 28 29 3.57％
实施例4 29 29.5 1.72％
从上述试验结果可以看出，采用本发明的方法制得的铪钽合金前驱体在室温保存1年后粘度变化不超过10％，表明其储存稳定性良好。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本发明的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (4)

1.一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
1）铪醇盐的制备：将四氯化铪分散在溶剂中，滴入一元醇，随后滴入三乙胺，滴加完毕加热回流，过滤，得铪醇盐溶液；
2）聚铪氧烷的制备：向铪醇盐溶液中滴加螯合剂，滴完回流；然后再加入水和一元醇的混合液，滴完回流，减压蒸馏得到聚铪氧烷；
3）钽醇盐的制备：将五氯化钽分散在溶剂中，滴入一元醇，随后滴入三乙胺，滴加完毕加热回流，过滤，得钽醇盐溶液；
4）聚钽氧烷的制备：向铪醇盐溶液中滴加螯合剂，滴完回流；然后再加入水和一元醇的混合液，滴完回流，减压蒸馏得到聚钽氧烷；
5）HfxTa1-xC铪钽合金前驱体的制备：将聚铪氧烷、聚钽氧烷及烯丙基酚醛混合均匀，得到铪钽合金前驱体；
步骤2）和步骤4）中，滴加螯合剂时控制温度在室温~80℃范围内，滴完回流时间为0.5~5h；滴加水和一元醇的混合液时控制温度在室温~80℃范围内，滴完水和一元醇的混合液后回流时间为1~5h；
步骤1）中所述的四氯化铪、溶剂、一元醇与三乙胺的摩尔比为1：（30~50）：（4.5~7）：（4~5）；步骤3）中所述的五氯化钽、溶剂、一元醇与三乙胺摩尔比为1：（40~60）：（6~9 ）：（5~6）；
步骤2）中所述的铪醇盐、螯合剂、水与一元醇的摩尔比为1：（0.5~2.0）：（0.9~1.5）：（4~8）；步骤4）中所述的钽醇盐、螯合剂、水与一元醇的摩尔比为1：（0.5~2.0）：（0.9~1.5）：（4~8）；
步骤5）中所述聚铪氧烷和聚钽氧烷的比例满足Hf元素与Ta元素的摩尔比为x：（1-x）的关系，其中0< X < 1，烯丙基酚醛的质量是铪和钽元素质量之和的0.4倍，所述烯丙基酚醛的烯丙基化程度大于85%；
步骤1）和步骤3）中，滴入一元醇时控制温度在-5~10℃范围内，加热回流时间为1~5 h。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）和步骤3）中所述的溶剂为正己烷、正庚烷、甲苯、二甲苯、石油醚、叔丁基甲醚、乙二醇二甲醚或乙二醇二乙醚中的一种。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）至步骤4）中所述的一元醇为正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚中的一种。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2）和步骤4）中所述的螯合剂为乙酰丙酮或乙酰乙酸乙酯中的一种或两种的混合物。
CN201611053755.3A 2016-11-25 2016-11-25 一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金 Active CN106588020B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611053755.3A CN106588020B (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611053755.3A CN106588020B (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106588020A CN106588020A (zh) 2017-04-26
CN106588020B true CN106588020B (zh) 2020-04-17

Family

ID=58591972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611053755.3A Active CN106588020B (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106588020B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109265187A (zh) * 2017-07-18 2019-01-25 航天特种材料及工艺技术研究所 一种Cf/HfC-TaC-C复合材料及其制备方法
CN108947534B (zh) * 2018-09-07 2021-07-16 哈尔滨工业大学 一种批量合成钽铪碳陶瓷粉体的制备方法
CN109265188B (zh) * 2018-10-10 2020-12-29 航天特种材料及工艺技术研究所 一种碳纤维增强硼化铪-硼化钽-碳陶瓷基复合材料及其制备方法
CN109400165B (zh) * 2018-11-21 2021-07-13 哈尔滨工业大学 一种简易批量合成高纯五碳化四钽铪陶瓷粉体的方法
CN110885085B (zh) * 2019-12-06 2020-10-23 中国科学院化学研究所 一种ZrC陶瓷前驱体及陶瓷粉体和制备方法
CN111471268B (zh) * 2020-03-12 2021-03-26 中国科学院化学研究所 一种碳化物高熵陶瓷前驱体及高熵陶瓷及制备方法
CN112280050B (zh) * 2020-10-13 2021-12-31 中国科学院化学研究所 一种Hf-Ta-C陶瓷固溶体前驱体及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102659107A (zh) * 2012-04-27 2012-09-12 中国矿业大学 一种耐超高温碳化锆陶瓷先驱体的合成方法
CN104744044A (zh) * 2015-03-20 2015-07-01 中国人民解放军国防科学技术大学 Ta-Zr-C三元陶瓷及其制备方法
CN104961465A (zh) * 2015-06-30 2015-10-07 中国人民解放军国防科学技术大学 Ta-Hf-C三元陶瓷及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102659107A (zh) * 2012-04-27 2012-09-12 中国矿业大学 一种耐超高温碳化锆陶瓷先驱体的合成方法
CN104744044A (zh) * 2015-03-20 2015-07-01 中国人民解放军国防科学技术大学 Ta-Zr-C三元陶瓷及其制备方法
CN104961465A (zh) * 2015-06-30 2015-10-07 中国人民解放军国防科学技术大学 Ta-Hf-C三元陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carbothermal reduction synthesis of nanocrystalline zirconium carbide and hafnium carbide powders using solution-derived precursors;MICHAEL D. SACKS etal.;《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE》;20041231;第39卷;第6058页左栏第2段至右栏第3段，第6059页左栏最后一段、第6066页左栏第2段 *
超高温陶瓷前驱体合成研究进展;邱文丰等;《中国材料进展》;20151031;第34卷(第10期);751-761 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106588020A (zh) 2017-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106588019B (zh) 一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金
CN106588020B (zh) 一种HfxTa1-xC合金前驱体的制备方法及其得到的HfxTa1-xC合金
US20090121197A1 (en) Sintered Material, Sinterable Powder Mixture, Method for Producing Said Material and Use Thereof
US20090105062A1 (en) Sintered Wear-Resistant Boride Material, Sinterable Powder Mixture, for Producing Said Material, Method for Producing the Material and Use Thereof
CN111303581A (zh) 一种含稀土的碳化物高熵陶瓷前驱体及高熵陶瓷及制备方法
JPH05105521A (ja) 炭素繊維強化窒化珪素質ナノ複合材及びその製造方法
CN114249605A (zh) 具有二氧化硅保护膜的碳化硅颗粒捕捉器及其制备方法
JP2010064954A (ja) ＳｉＣ／Ａｌ系複合材料及びその製法
CN112299882B (zh) 一种碳材料表面HfC基三元碳化物梯度涂层的原位制备方法
Huang et al. Si 3 N 4-SiC p composites reinforced by in situ co-catalyzed generated Si 3 N 4 nanofibers
CN108892528B (zh) 一种多孔氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN104844214A (zh) 致密化高强度碳化锆和碳化铪陶瓷材料及其低温制备方法
CN112280050B (zh) 一种Hf-Ta-C陶瓷固溶体前驱体及其制备方法
JP6942788B2 (ja) ペースト組成物、炭化物焼結体およびその製造方法、並びに耐火部材
Meng et al. Continuous regulation from fully dense to high porosity within polymer-derived SiCN ceramics
Li et al. Preparation of Ultra-High Temperature Ceramics–Based Materials by Sol-Gel Routes
JPH08169766A (ja) 耐火物用原料、耐火物用バインダー及び耐火物の製造方法
JP2019202910A (ja) 窒化アルミニウム焼結体
JPH0224789B2 (zh)
JP7178400B2 (ja) 金属炭化物焼結体およびそれを備えた炭化珪素半導体製造装置用耐熱部材
JPH06263544A (ja) サイアロン質複合焼結体及びその製造方法
CN117402336A (zh) 一种Ta4HfC5先驱体制备方法及制得的纳米陶瓷和耐高温复合材料
KR101659188B1 (ko) 자발 치환 반응을 통해 형성된 질화물로 강화된 금속기지 복합재료의 제조방법 및 그에 따라 제조된 복합재료
JP3121935B2 (ja) 耐火物の製造方法
CN117401976A (zh) 一种液相高熵碳化物-碳化硅复相陶瓷前驱体及复相陶瓷及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230216

Address after: 643030 No.1 Zhongtian Road, Yantan High-tech Industrial Park, Zigong City, Sichuan Province

Patentee after: ZIGONG ZHONGTIANSHENG NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: No. 2, North 1st Street, Zhongguancun, Haidian District, Beijing, 100190

Patentee before: INSTITUTE OF CHEMISTRY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES