CN115894043A - 一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115894043A CN115894043A CN202211394512.1A CN202211394512A CN115894043A CN 115894043 A CN115894043 A CN 115894043A CN 202211394512 A CN202211394512 A CN 202211394512A CN 115894043 A CN115894043 A CN 115894043A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- entropy
- mixture
- malb
- ceramic material
- 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.)
- Granted
Links
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 169
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 17
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical group [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 claims 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明提供了一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：以M粉、Al粉和B粉为原料并进行干燥、混匀，得到混合料；其中，所述M粉包括至少五种过渡金属元素；将所述混合料置于反应器中，在惰性气氛中引燃所述混合料以进行自蔓延反应，得到所述高熵MAlB陶瓷材料。本发明制备提供的高熵MAlB陶瓷材料制备工艺简单、成本低、产量大，能极大提高生产效率，适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及高性能陶瓷技术领域，特别涉及一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
高熵陶瓷是一种新型的含有多种组元的单相固溶体陶瓷，其各组元含量相近，构型熵高，具有比传统陶瓷更高的强度、模量、硬度、熔点、良好的导电性和介电性以及更好的耐腐蚀性能，使其可作为耐磨材料、热防护材料、介电材料和锂电池阳极材料得到广泛的应用。
三元层状过渡金属硼化物(MAB)可兼顾金属与陶瓷的共同特性，具有高损伤容限和断裂韧度、优良的热导电性能、高杨氏模量、低维氏硬度和剪切模量、高熔点、高服强度、高温塑性、高热稳定性、优异的耐热冲击性能和良好的抗氧化性能，被认为是耐磨涂层、火箭发动机气体燃烧器喷嘴、高温合金抗氧化涂层、核电站耐高温部件和燃气轮机高温部件的优选材料。
目前MAB陶瓷产品主要包括块体和粉体。其中，块体常采用热压烧结或放电等离子烧结等工艺制备得到；而粉体则通过将各原料混合，并多采用管式炉中加热得到。然而上述方法合成的MAB陶瓷块体和粉体均含有杂质，且现有制备技术无法实现大量生产，且存在制备工艺繁琐、耗时长、产量低等问题，不利于实现工业化生产和应用。虽然目前关于高熵陶瓷的研究中，有少量的碳化物、氧化物和二硼化物高熵陶瓷被成功合成，然而对高熵三元MAB陶瓷材料的研究仍较少，且现有制备工艺同样较为繁琐，不利于实现工业化生产和应用。因此，本发明基于MAlB体系提供了一种高熵MAlB陶瓷粉体及其制备方法。
发明内容
本发明提供了一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法，该高熵MAlB陶瓷材料制备工艺简单、成本低、产量大，能极大提高生产效率，适用于工业化生产。
第一方面，本发明提供了一种高熵MAlB陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
以M粉、Al粉和B粉为原料并进行干燥、混匀，得到混合料；其中，所述M粉包括至少五种过渡金属元素；
将所述混合料置于反应器中，在惰性气氛中引燃所述混合料以进行自蔓延反应，得到所述高熵MAlB陶瓷材料。
优选地，所述M粉、Al粉和B粉的摩尔比为1:(0.4～1.2):1。
优选地，所述M粉为由M1、M2、M3、M4、M5五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末，其中，M1、M2、M3、M4和M5的摩尔比＝(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25)。
更优选地，所述M粉为由Mo、Ti、Fe、Zr和Cr五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末。
更优选地，所述M粉为由Hf、Zr、Ta、Cr和Ti五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末。
优选地，所述M粉、所述Al粉和所述B粉的平均粒径均为1～10μm。
优选地，所述高熵MAlB陶瓷材料为(MoaTibFecZrdCre)AlB、(HfaZrbTacCrdTie)AlB；其中，a:b:c:d:e＝(0.15～0.25):(0.15～0.25):0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25)。
优选地，所述高熵MAlB陶瓷材料为(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)AlB。
优选地，所述干燥和所述混匀均在非氧气气氛下进行。
优选地，所述干燥采用真空气氛或氩气气氛。
更优选地，所述真空气氛下的真空度为0.01～0.5MPa；
优选地，所述混匀中所述非氧气气氛的气压压力为0.1～3MPa。
更优选地，所述非氧气气氛为氩气气氛。
优选地，所述干燥的干燥温度为30～100℃，干燥时间为3～20h。
优选地，所述混匀采用卧式混料机或行星式球磨机。
更优选地，采用卧式混料机进行干法混匀时，混匀时间为4～12h，球料比为(2～30):1，转速为60～1000rpm。
更优选地，采用行星式球磨机进行干法混匀时，混匀时间为2～8h，球料比为(4～30):1，转速为60～1000rpm。
更优选地，采用行星式球磨机进行湿法混匀时，混匀时间为2～48h，球料比为(2～20):1，转速为40～500rpm。
优选地，所述引燃采用直流电流，引火电流为1～100A。
优选地，所述自蔓延反应在0.1～10MPa的压力下进行。
优选地，所述惰性气氛为氩气。
优选地，在将所述混合料置于反应器中之前，还包括：
将所述混合料进行预热；优选地，所述预热温度为60～200℃。
优选地，在将所述混合料置于反应器中之前，还包括：
将所述混合料进行预压；优选地，所述预压压力为30～300MPa，保压时间为20～600s；其中，经预压得到的高熵MAlB陶瓷材料为高熵MAlB陶瓷块体。
优选地，在所述自蔓延反应之后，还包括：球磨处理；其中，经球磨处理得到的高熵MAlB陶瓷材料为高熵MAlB陶瓷粉体。
优选地，所述球磨处理的球料比为(2～30):1，转速为150～600rpm。
第二方面，本发明提供了采用上述第一方面所述的制备方法得到的高熵MAlB陶瓷材料。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明通过放热反应提供热源，可在极短时间(10s～180s)获得MAlB相的高熵陶瓷材料，且制备工艺简单、成本低、产量大，极大提高了生产效率，适用于工业化生产。
本发明在气氛保护下进行干燥、混合及自蔓延反应，有效避免了Al、Mo等粉末的氧化，抑制了杂质相的生产，从而能进一步提高高熵MAlB陶瓷材料的纯度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种高熵MAlB陶瓷材料的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例使用的反应器的结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的一种高熵MAlB陶瓷材料的XRD图；
图4是本发明实施例1提供的一种高熵MAlB陶瓷材料的SEM图。
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在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高熵MAlB陶瓷材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
步骤(1)：以M粉、Al粉和B粉为原料并进行干燥、混匀，得到混合料；其中，M粉包括至少五种过渡金属元素；
步骤(2)：将混合料置于反应器中，在惰性气氛中引燃混合料以进行自蔓延反应，得到高熵MAlB陶瓷材料。
需要说明的是，M粉为混合物，包括至少五种过渡金属元素对应的单质粉末。M粉为任一用于制备高熵MAlB陶瓷材料的至少五种过渡金属元素对应的单质的混合物。高熵MAlB陶瓷材料包括高熵MAlB陶瓷粉体和高熵MAlB陶瓷块体。
根据一些优选的实施方式，在所述自蔓延反应之后，还包括：球磨处理。
根据一些优选的实施方式，球磨处理的球料比为(2～30):1(例如，可以为2:1、3:1、5:1、8:1、10:1、12:1、15:1、20:1、22:1、25:1、28:1或30:1)，转速为150～600rpm(例如，可以为150rpm、200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm、450rpm、500rpm、550rpm或600rpm)。
具体地，球磨处理采用行星式球磨机。需要说明的是，在步骤(2)中，经自蔓延反应后即可得到高熵MAlB陶瓷粉体，但再次进行球磨处理能得到粒径分散更均匀的高熵MAlB陶瓷粉体。
根据一些优选的实施方式，在将混合料置于反应器中之前，还包括：将混合料进行预压。
根据一些更优选的实施方式，预压压力为30～300MPa(例如，可以为30MPa、50MPa、60MPa、80MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa或300MPa)，保压时间为20～600s(例如，可以为20s、50s、100s、150s、200s、250s、300s、350s、400s、450s、500s、550s或600s)。
需要说明的是，在将混合料置于反应器中之前，若不对混合料进行预压，则装料后反应器中混合料的孔隙率约为50～60％(例如，可以为50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％)，如此在进行自蔓延反应后得到的产物孔隙率较高，粉体颗粒之间的粘接程度较差，经球磨处理后即可得到高熵MAlB陶瓷粉体。若在将混合料置于反应器中之前，对混合料进行预压，则经自蔓延反应后得到的产物为具有一定致密度的高熵MAlB陶瓷块体。
根据一些优选的实施方式，M粉、Al粉和B粉的平均粒径均为1～10μm(例如，可以为1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、8μm、9μm、9.5μm或10μm)。如此设置则可以确保原料具有较大的比表面积，各原料之间能充分接触且分散均匀，避免原料粒径过小时易团聚易氧化等情况的发生，还能避免粒径小成本高的影响；同时避免粒径过大时原料比表面积低，各原料之间接触不充分，难以引发反应的问题。
在本发明中，利用自蔓延反应，可在极短时间(10s～180s)获得MAlB相的高熵陶瓷材料，具有快速、节能、环保的优点，且通过基于该反应的制备工艺简单、成本低、产量大(每次可制粉0.5～40kg)，极大提高了生产效率，适用于工业化生产。
本发明利用燃烧合成制备高熵MAlB陶瓷粉体，进而高熵MAlB陶瓷粉体可用于烧结成高性能MAlB相陶瓷材料。总之，利用多主元产生的高熵效应、高熵化所引起的固溶强化、晶格畸变等进一步提升MAlB相陶瓷材料的性能，为其在实际工程的应用中提供了更多的可能性。
根据一些优选的实施方式，M粉、Al粉和B粉的摩尔比为1:(0.4～1.2):1(例如，可以为1:0.4:1、1:0.5:1、1:0.6:1、1:0.8:1、1:1:1、1:1.1:1或1:1.2:1)。
根据一些优选的实施方式，M粉为由M1、M2、M3、M4、M5五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末，其中，M1、M2、M3、M4和M5的摩尔比＝(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25)。
根据一些更优选的实施方式，M粉为由Mo、Ti、Fe、Zr和Cr五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末。
根据一些更优选的实施方式，M粉为由Hf、Zr、Ta、Cr和Ti五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末。
根据一些优选的实施方式，高熵MAlB陶瓷材料为(MoaTibFecZrdCre)AlB、(HfaZrbTacCrdTie)AlB；其中，a:b:c:d:e＝(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25)。
针对(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25)，例如可以为0.15:0.15:0.20:0.25:0.25、0.20:0.25:0.15:0.15:0.25、0.25:0.25:0.15:0.15:0.20、0.15:0.20:0.20:0.20:0.25、0.15:0.20:0.25:0.20:0.20、0.20:0.20:0.15:0.20:0.25或0.20:0.20:0.20:0.20:0.20。
根据一些更优选的实施方式，高熵MAlB陶瓷材料为(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)AlB。
根据一些优选的实施方式，干燥和混匀均在非氧气气氛下进行。
在本发明中，在非氧气气氛下进行干燥、混合，能有效避免Al、Mo等粉末的氧化，抑制了杂质相的生产，从而能进一步提高高熵陶瓷材料的纯度。
根据一些优选的实施方式，干燥采用真空气氛或氩气气氛。
根据一些更优选的实施方式，真空气氛下的真空度为0.01～0.5MPa(例如，可以为0.01MPa、0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa或0.5MPa)。
根据一些优选的实施方式，混匀中非氧气气氛的气压压力为0.1～3MPa(例如，可以为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.3MPa或3MPa)。
根据一些更优选的实施方式，非氧气气氛为氩气气氛。
根据一些优选的实施方式，干燥的干燥温度为30～100℃(例如，可以为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃)，干燥时间为3～20h(例如，可以为3h、5h、6h、8h、10h、12h、15h、18h或20h)。
根据一些优选的实施方式，混匀采用卧式混料机或行星式球磨机。
根据一些更优选的实施方式，采用卧式混料机进行干法混匀时，混匀时间为4～12h(例如，可以为4h、5h、6h、8h、10h或12h)，球料比为(2～30):1(例如，可以为2:1、3:1、5:1、6:1、8:1、10:1、15:1、18:1、20:1、25:1或30:1)，转速为60～1000rpm(例如，可以为60rpm、100rpm、200rpm、300rpm、500rpm、600rpm、800rpm或1000rpm)。
根据一些更优选的实施方式，采用行星式球磨机进行干法混匀时，混匀时间为2～8h(例如，可以为2h、3h、4h、5h、6h或8h)，球料比为(4～30):1(例如，可以为4:1、5:1、6:1、8:1、10:1、15:1、18:1、20:1、25:1或30:1)，转速为60～1000rpm(例如，可以为60rpm、100rpm、200rpm、300rpm、500rpm、600rpm、800rpm或1000rpm)。
根据一些更优选的实施方式，采用行星式球磨机进行湿法混匀时，混匀时间为2～48h(例如，可以为2h、5h、8h、10h、15h、20h、24h、30h、36h、42h或48h)，球料比为(2～20):1(例如，可以为2:1、3:1、5:1、6:1、8:1、10:1、15:1、18:1或20:1)，转速为40～500rpm(例如，可以为40rpm、60rpm、100rpm、200rpm、300rpm、400rpm或500rpm)。
根据一些优选的实施方式，引燃采用直流电流，引火电流为1～100A(例如，可以为1A、2A、5A、8A、10A、15A、20A、30A、50A、60A、70A、80A、90A或100A)。
在本发明中，经实验证实，为了保证自蔓延反应能够被顺利引发，同时保证实验安全，选择引火电流为1～100A。
根据一些优选的实施方式，自蔓延反应在0.1～10MPa(例如，可以为0.1MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、5MPa、6MPa、7MPa、9MPa或10MPa)的压力下进行。
在本发明中，可以通过控制反应器中的压力在一定程度上控制所制备的高熵MAlB陶瓷材料的粒径和形貌。
根据一些优选的实施方式，在将混合料置于反应器中之前，还包括：将混合料进行预热。
根据一些更优选的实施方式，预热温度为60～200℃(例如，可以为60℃、80℃、100℃、125℃、130℃、150℃、160℃、175℃、180℃或200℃)。
在本发明中，通过预先预热能提供一定热量，提高引燃效率，降低引燃电流，最终提高生产效率。
本发明还提供了一种高熵MAlB陶瓷材料，采用本发明所提供的高熵MAlB陶瓷材料的制备方法得到。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法进行详细说明。
以下实施例中所使用的反应器如图2所示，其中1为反应器的反应腔，2为保温层，3为混合料，4为控压阀，5为引火装置，6为耐热层。该反应器从外到内依次配有保温层、耐热层；如此通过保温层减少反应器内热量的损耗，并通过耐热层实现高温产物的制备。需要说明的是，保温层包括但不限于碳毡、氧化铝纤维毡，耐热层选择能承受高于1000℃的耐温材料。
实施例1
(1)以Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉为原料(粒径均为1～10μm)，将上述原料在真空度为0.5MPa、干燥温度为60℃的真空气氛下干燥6h，除去其中的水分及杂质；
(2)将干燥好的Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉按照元素摩尔比Mo:Ti:Fe:Zr:Cr:Al:B＝0.2:0.2:0.2:0.2:0.2:0.4:1进行配料，然后置于卧式混料机进行干法混匀，并同时通入氩气(压力为0.1MPa)进行保护，经混匀6h后得到混合料；其中，球料比为5:1，转速为120rpm；
(3)将混合料置于反应器中，在0.1MPa的氩气气氛中采用30A的引火电流引燃该混合料以进行自蔓延反应，待反应完全后球磨得到高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体。
实施例2
(1)以Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉和Cr粉、Al粉和B粉为原料(粒径均为1～10μm)，将上述原料在压力为1MPa、干燥温度为60℃的氩气气氛下干燥6h，除去其中的水分及杂质；
(2)将干燥好的Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉按照元素摩尔比Mo:Ti:Fe:Zr:Cr:Al:B＝0.2:0.2:0.2:0.2:0.2:0.6:1进行配料，然后置于卧式混料机进行干法混匀，并同时通入氩气(压力为2MPa)进行保护，经混匀7h后得到混合料；其中，球料比为6:1，转速为150rpm；
(3)将混合料置于反应器中，在2MPa的氩气气氛中采用50A的引火电流引燃该混合料以进行自蔓延反应，待反应完全后球磨得到高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体。
实施例3
(1)以Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉为原料(粒径均为1～10μm)，将上述原料在压力为1MPa、干燥温度为70℃的氩气气氛下干燥7h，除去其中的水分及杂质；
(2)将干燥好的Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉按照元素摩尔比Mo:Ti:Fe:Zr:Cr:Al:B＝0.2:0.2:0.2:0.2:0.2:0.8:1进行配料，然后置于行星式球磨机进行干法混匀，并同时通入氩气(压力为1.5MPa)进行保护，经混匀8h后得到混合料；其中，球料比为7:1，转速为200rpm；
(3)将混合料置于反应器中，在0.5MPa的氩气气氛中采用20A的引火电流引燃该混合料以进行自蔓延反应，待反应完全后球磨得到高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体。
实施例4
(1)以Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉为原料(粒径均为1～10μm)，将上述原料在压力为1MPa、干燥温度为80℃的氩气气氛下干燥8h，除去其中的水分及杂质；
(2)将干燥好的Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉按照元素摩尔比Mo:Ti:Fe:Zr:Cr:Al:B＝0.2:0.2:0.2:0.2:0.2:1:1进行配料，然后置于行星式球磨机进行湿法混匀，并同时通入氩气(压力为1.5MPa)进行保护，经混匀9h后得到混合料；其中，球料比为7:1，转速为250rpm；
(3)将混合料置于反应器中，在1.5MPa的氩气气氛中采用40A的引火电流引燃该混合料以进行自蔓延反应，待反应完全后球磨得到具有层状结构的高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体。
实施例5
(1)以Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉为原料(粒径均为1～10μm)，将上述原料在压力为1MPa、干燥温度为90℃的氩气气氛下干燥9h，除去其中的水分及杂质；
(2)将干燥好的Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉、Al粉和B粉按照元素摩尔比Mo:Ti:Fe:Zr:Cr:Al:B＝0.2:0.2:0.2:0.2:0.2:1.2:1进行配料，然后置于行星式球磨机进行湿法混匀，并同时通入氩气(压力为1MPa)进行保护，经混匀10h后得到混合料；其中，球料比为8:1，转速为300rpm；
(3)将混合料置于反应器中，在2MPa的氩气气氛中采用50A的引火电流引燃该混合料以进行自蔓延反应，待反应完全后得到高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，其区别之处在于：在步骤(3)中，将混合料进行在预压压力为100MPa的条件下预压60s，然后将预压后的混合料置于反应器中，在0.1MPa的氩气气氛中采用30A的引火电流引燃该混合料以进行自蔓延反应，待反应完全后得到高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷块体。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，其区别之处在于：在步骤(3)中，将混合料预热至120℃，然后将预热后的混合料置于反应器中，在0.1MPa的氩气气氛中采用30A的引火电流引燃该混合料以进行自蔓延反应，待反应完全后得到高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体。
实施例8
实施例8与实施例1基本相同，其区别之处在于：M粉为Mo粉、Ti粉、Fe粉、Zr粉、Cr粉，其摩尔比为0.18:0.18:0.25:0.20:0.22，最终得到高熵(Mo0.18Ti0.18Fe0.25Zr0.20Cr0.22)AlB陶瓷粉体。
实施例9
实施例10与实施例1基本相同，其区别之处在于：M粉为Hf粉、Zr粉、Ta粉、Cr粉、Ti粉，其摩尔比为0.2:0.2:0.2:0.2:0.2最终得到高熵(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)AlB陶瓷粉体。
需要说明的是，除实施例6外，其余实施例在装料后反应器中混合料的孔隙率均在50～60％范围内。
通过对本发明实施例1所制备的高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体进行XRD分析和形貌表征，得到如图3所示的XRD图和图4所示的SEM图。从图3所示的X射线衍射结果分析可知，实施例1得到的陶瓷粉体主要成分为高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB相，还含有少量金属硼化物杂质，其中(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB含量在98％左右；根据图4所示可以看到高熵(Mo0.2Ti0.2Fe0.2Zr0.2Cr0.2)AlB陶瓷粉体呈现不规则形貌，并有少量颗粒团聚到一起，其粒径尺寸约为5μm。
综上所述，本发明通过自蔓延反应成功制备了高熵MAlB陶瓷材料，而且制备工艺简单、成本低、产量大，单次可制材料达40kg，极大提高了生产效率，适用于工业化生产。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种高熵MAlB陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
以M粉、Al粉和B粉为原料并进行干燥、混匀，得到混合料；其中，所述M粉包括至少五种过渡金属元素；
将所述混合料置于反应器中，在惰性气氛中引燃所述混合料以进行自蔓延反应，得到所述高熵MAlB陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述M粉、Al粉和B粉的摩尔比为1:(0.4～1.2):1；和/或
所述M粉为由M1、M2、M3、M4、M5五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末，其中，M1、M2、M3、M4和M5的摩尔比＝(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述M粉为由Mo、Ti、Fe、Zr和Cr五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末；和/或
所述M粉为由Hf、Zr、Ta、Cr和Ti五种过渡金属元素单质粉末组成的混合粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述M粉、所述Al粉和所述B粉的平均粒径均为1～10μm；和/或
所述高熵MAlB陶瓷材料为(MoaTibFecZrdCre)AlB、(HfaZrbTacCrdTie)AlB；其中，a:b:c:d:e＝(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25):(0.15～0.25)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述干燥和所述混匀均在非氧气气氛下进行；
优选地，所述干燥采用真空气氛或氩气气氛；更优选地，所述真空气氛下的真空度为0.01～0.5MPa；
优选地，所述混匀中所述非氧气气氛的气压压力为0.1～3MPa；更优选地，所述非氧气气氛为氩气气氛。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述干燥的干燥温度为30～100℃，干燥时间为3～20h；和/或
所述混匀采用卧式混料机或行星式球磨机；
优选地，采用卧式混料机进行干法混匀时，混匀时间为4～12h，球料比为(2～30):1，转速为60～1000rpm；
优选地，采用行星式球磨机进行干法混匀时，混匀时间为2～8h，球料比为(4～30):1，转速为60～1000rpm；
优选地，采用行星式球磨机进行湿法混匀时，混匀时间为2～48h，球料比为(2～20):1，转速为40～500rpm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述引燃采用直流电流，引火电流为1～100A；和/或
所述自蔓延反应在0.1～10MPa的压力下进行；优选地，所述惰性气氛为氩气。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
在将所述混合料置于反应器中之前，还包括：
将所述混合料进行预热；优选地，所述预热温度为60～200℃。
9.根据权利要求1至8中任一所述的制备方法，其特征在于：
在将所述混合料置于反应器中之前，还包括：
将所述混合料进行预压；优选地，所述预压压力为30～300MPa，保压时间为20～600s；和/或
在所述自蔓延反应之后，还包括：球磨处理；优选地，所述球磨处理的球料比为(2～30):1，转速为150～600rpm。
10.一种高熵MAlB陶瓷材料，其特征在于，采用权利要求1至9中任一所述的制备方法得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211394512.1A CN115894043B (zh) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211394512.1A CN115894043B (zh) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115894043A true CN115894043A (zh) | 2023-04-04 |
| CN115894043B CN115894043B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=86488951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211394512.1A Active CN115894043B (zh) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115894043B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000073464A (ko) * | 1999-05-11 | 2000-12-05 | 박호군 | 자전고온 합성법에 의한 카바이드 또는 보라이드 세라믹 분말 |
| CN107827464A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-03-23 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法 |
| CN109234690A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-01-18 | 西安工业大学 | 一种含铝和硼元素的高熵合金靶材及其制备工艺 |
| CN109867525A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-11 | 广东工业大学 | 一种高熵合金硼化物陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN110606748A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-24 | 广东工业大学 | 一种氧化铝增强高熵硼化物陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN112723888A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-04-30 | 清华大学 | 高熵陶瓷材料及其制备方法 |
| CN112830789A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 南京理工大学 | 一种高熵硼化物粉末及其制备方法 |
| CN114836668A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-02 | 兰州理工大学 | 一种CoCrFeMnNiAl高熵合金及制备方法 |
-
2022
- 2022-11-08 CN CN202211394512.1A patent/CN115894043B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000073464A (ko) * | 1999-05-11 | 2000-12-05 | 박호군 | 자전고온 합성법에 의한 카바이드 또는 보라이드 세라믹 분말 |
| CN107827464A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-03-23 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法 |
| CN109234690A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-01-18 | 西安工业大学 | 一种含铝和硼元素的高熵合金靶材及其制备工艺 |
| CN109867525A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-11 | 广东工业大学 | 一种高熵合金硼化物陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN110606748A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-24 | 广东工业大学 | 一种氧化铝增强高熵硼化物陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN112830789A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 南京理工大学 | 一种高熵硼化物粉末及其制备方法 |
| CN112723888A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-04-30 | 清华大学 | 高熵陶瓷材料及其制备方法 |
| CN114836668A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-02 | 兰州理工大学 | 一种CoCrFeMnNiAl高熵合金及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115894043B (zh) | 2023-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114853477B (zh) | 一种耐烧蚀高熵碳化物-高熵硼化物-碳化硅复相陶瓷及其制备方法 | |
| CN101468918B (zh) | 高纯硼化锆/硼化铪粉体及其超高温陶瓷靶材的制备方法 | |
| CN110698205B (zh) | 一种石墨烯增韧碳化硅陶瓷的制备方法 | |
| CN110655407A (zh) | 一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法 | |
| CN107399988B (zh) | 一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷的方法 | |
| CN111675541A (zh) | 一种含碳max相材料的制备方法 | |
| CN109553419A (zh) | 一种气压固相烧结碳化硼复相陶瓷及其制备方法 | |
| CN114507074B (zh) | 一种高熵过渡-稀土金属二硼化物陶瓷材料及其制备方法 | |
| US4332755A (en) | Sintered silicon carbide - aluminum nitride articles and method of making such articles | |
| CN109627014A (zh) | 一种高强度、高导热性的Si3N4陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN110357633B (zh) | 一种室温快速制备钛铝碳陶瓷的方法 | |
| JP4484004B2 (ja) | セラミックス基複合部材の製造方法 | |
| CN108862272A (zh) | 一种利用氧化石墨烯、纳米碳粉制备膨胀石墨的方法 | |
| CN112062574B (zh) | 一种高性能纳米碳化硅陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN113149676A (zh) | 一种利用两步法烧结原位增韧碳化硼基复相陶瓷的方法 | |
| CN116217233B (zh) | 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 | |
| CN115894043A (zh) | 一种高熵MAlB陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN104911384B (zh) | 一种钨基难熔碳化物复合材料的低温制备方法 | |
| CN115385693B (zh) | 一种（Ti,W）C陶瓷材料的制备方法 | |
| Mishra et al. | Microstructure evolution during sintering of self-propagating high-temperature synthesis produced ZrB2 powder | |
| CN102731109A (zh) | 一种AlON材料的合成方法 | |
| JPS632913B2 (zh) | ||
| CN112194485A (zh) | 一种热障涂层陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN118373692B (zh) | 一种无压烧结制备h-BN-AlON耐高温绝缘套筒的方法 | |
| CN115595653B (zh) | 一种一硼化钛晶须及其制备方法 |
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 |