CN108821571B - 一种高熵氧化物非晶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高熵氧化物非晶及其制备方法，将三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆通过固相法制备混合氧化物块体原材料；将块体放入激光悬浮炉的喷嘴中，调节喷嘴气流大小使得块体处于悬浮状态，然后开启激光悬浮炉的激光发生开关，通过激光将块体熔化为稳定的悬浮液滴；关闭激光发生开关，激光功率迅速降为零，悬浮液滴冻结为透明非晶，即为三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物混合制成的高熵氧化物非晶。本发明制出的非晶纯度高且操作方便、实用性强、便于推广应用，在波长587.6nm处，折射率高达2.223；在红外区域，其透过率高达78％。

Description

一种高熵氧化物非晶及其制备方法

技术领域

本发明涉及非晶材料技术领域，具体是一种由三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物制成的高熵氧化物非晶及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由五种或五种以上元素按照等原子比或近等原子比的原则合金化，形成的高熵固溶体相的一类合金。此类合金各组元间混合熵较高，具有高温热稳定性、高强度、高硬度、耐磨性好、抗氧化性能好、抗腐蚀性能强等特性，从而成为一种极具发展潜力的新兴材料，在工程应用方面具有极大的应用前景。

非晶合金短程有序、长程无序、各向同性，具有许多优于晶体的物理性能、化学性能、电磁性能，在信息、能源、生物、精密机器、航空航天等方面有广阔的应用前景，受到国内外研究者的广泛关注。处于高能态的液态物质，随着温度降低或压力升高，会趋向低能量的稳定平衡晶态，在液态和晶态之间存在很多的热力学亚稳相，包括不同能量状态的亚稳非晶相，随着能量逐渐降低非晶材料的结构发生变化变为稳定的晶态，如何能够使得液态物质在冷却后依旧保持亚稳非晶相是学术界的一项难题。

现有技术中制备非晶的过程需要在容器中对进行晶体加热后再快速冷却形成，冷却的过程中，容易与容器接触形成非均质形核，不利于非晶的形成，也会影响最终形成的非晶的性能。

此外，三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物不含任何网络结构氧化物，在这种情况下，在容器中进行常规的熔融和凝固，很难使样品玻璃化。目前，尚未有三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物制备非晶的报道，特别是制备高熵氧化物非晶的报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种由三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物制成的高熵氧化物非晶及其制备方法。

一种高熵氧化物非晶，将三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆混合制成高熵氧化物非晶，具体包括以下步骤：

步骤1：通过固相法制备混合氧化物块体原材料，其中La³⁺离子、Ti⁴⁺离子、Nb⁵⁺离子、W⁶⁺离子、Zr⁴⁺离子按等摩尔百分比混合，即La³⁺离子 20％，Ti⁴⁺离子20％，Nb⁵⁺离子20％，W⁶⁺离子20％，Zr⁴⁺离子20％；

步骤2：从混合氧化物块体原材料上切取一小块子块体放入激光悬浮炉的喷嘴中，调节喷嘴气流大小使得子块体处于悬浮状态，然后开启激光悬浮炉的激光发生开关，通过激光将子块体熔化为稳定的悬浮液滴；

步骤3：关闭激光发生开关，激光功率迅速降为零，悬浮液滴冻结为透明非晶，即为三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物混合制成的高熵氧化物非晶。

进一步的，所述步骤1中的固相法具体包括以下步骤：

步骤1.1：将三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物的粉体加无水乙醇混合湿磨，然后干燥成粉末；湿磨时，无水乙醇淹没粉体，研磨时长不少于一个小时；

步骤1.2：将粉末过筛，并将粗大颗粒再次研磨、干燥，直至原材料粉末全部过筛，过筛的筛目数为200目；

步骤1.3：将过筛后的粉末填充入金属模腔中，放在压片机上施以压力，使其成为致密坯体。

本发明的有益效果：1.三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物混合形成的块体在熔化+快速冷却凝固的过程中均悬浮在空中，不与任何容器接触，从而冷却时不会形成非均质形核，有利于促进三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物制成非晶；2.液态熔体在相对低的冷却速度下可以获得大的过冷，有利于非晶的形成，尤其是非晶形成能力差的材料体系；3.采用激光使块体熔化，激光能量高、熔化快速、效率高，且熔化和凝固的过程不与其他物体接触，不会引入杂质元素，有利于保持非晶的纯度；4.具有操作方便、实用性强和便于推广应用的特点，制出的非晶，在波长587.6nm处，折射率高达2.223；在红外区域，其透过率高达78%。

附图说明

图1为本发明所述非晶的制备流程图；

图2为本发明制备而成的非晶的XRD图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种高熵氧化物非晶，将三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆混合制成高熵氧化物非晶，具体包括图1所示的以下步骤：

步骤1：通过固相法制备混合氧化物块体原材料，其中La³⁺离子、Ti⁴⁺离子、Nb⁵⁺离子、W⁶⁺离子、Zr⁴⁺离子按等摩尔百分比混合，即La³⁺离子 20％，Ti⁴⁺离子20％，Nb⁵⁺离子20％，W⁶⁺离子20％，Zr⁴⁺离子20％；

步骤2：从混合氧化物块体原材料上切取一小块子块体放入激光悬浮炉的喷嘴中，调节喷嘴气流大小使得子块体处于悬浮状态，然后开启激光悬浮炉的激光发生开关，通过激光将子块体熔化为稳定的悬浮液滴；

步骤3：关闭激光发生开关，激光功率迅速降为零，悬浮液滴冻结为透明非晶，即为三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物混合制成的高熵氧化物非晶，此非晶XRD图如图2所示。

三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物混合形成的块体在熔化+快速冷却凝固的过程中均悬浮在空中，不与任何容器接触，从而冷却时不会形成非均质形核，有利于促进三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物制成非晶。液态熔体在相对低的冷却速度下可以获得大的过冷，有利于非晶的形成，尤其是非晶形成能力差的材料体系。采用激光使块体熔化，激光能量高、熔化快速、效率高，且熔化和凝固的过程不与其他物体接触，不会引入杂质元素，有利于保持非晶的纯度；激光悬浮炉的喷嘴中喷出的气体优选为氧气，确保在非晶制备过程中不引入其它杂质。

最后，还需要注意的是，以上列举仅是本发明一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高熵氧化物非晶，其特征在于，将三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆混合制成高熵氧化物非晶，其制备方法包括以下步骤：

步骤1：通过固相法制备混合氧化物块体原材料，其中La³⁺离子、Ti⁴⁺离子、Nb⁵⁺离子、W⁶⁺离子、Zr⁴⁺离子按等摩尔百分比混合，即La³⁺离子 20％，Ti⁴⁺离子20％，Nb⁵⁺离子20％，W⁶⁺离子20％，Zr⁴⁺离子20％；

步骤2：从混合氧化物块体原材料上切取一小块子块体放入激光悬浮炉的喷嘴中，调节喷嘴气流大小使得子块体处于悬浮状态，然后开启激光悬浮炉的激光发生开关，通过激光将子块体熔化为稳定的悬浮液滴；

步骤3：关闭激光发生开关，激光功率迅速降为零，悬浮液滴冻结为透明非晶，即为三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物混合制成的高熵氧化物非晶；

所述步骤1中的固相法具体包括以下步骤：

步骤1.1：将三氧化二镧、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化钨、二氧化锆这五种氧化物的粉体加无水乙醇混合湿磨，然后干燥成粉末；

步骤1.2：将粉末过筛，并将粗大颗粒再次研磨、干燥，直至原材料粉末全部过筛；

步骤1.3：将过筛后的粉末填充入金属模腔中，放在压片机上施以压力，使其成为致密坯体。

2.根据权利要求1所述的高熵氧化物非晶，其特征在于，所述步骤1.1中，湿磨时，无水乙醇淹没粉体，研磨时长不少于一个小时。

3.根据权利要求1所述的高熵氧化物非晶，其特征在于，所述步骤1.2中，过筛的筛目数为200目。

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