一种高性能（VNbTaMoW）C高熵碳化物陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于高熵陶瓷技术领域，尤其涉及一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷及其制备方法。

背景技术

高熵碳化物具有高硬度、高强度、高耐磨性、高力学性能及低导热等特点，在在航空航天、机械、冶金等领域有着广泛的应用前景。目前人们关于高熵的研究主要集中在合金领域，对于高熵陶瓷的研究较少，而高熵陶瓷具有高热导，高熔点，较好的耐蚀性，良好的生物相容性以及良好的电化学性能等，在超高温、生物医学和能源等领域具有较大发展潜力一般来说，常用的制备高熵碳化物陶瓷的方法有碳化物相互固溶、元素反应烧结机氧化物还原等。

公开号为CN111039677A的专利说明书中公开了一种单相结构多组元高熵过渡金属碳化物陶瓷的制备方法，采用五种或五种以上IVB,VB和VIB族过渡金属碳化物粉末按等摩尔比进行高能球磨、酸处理、高温氢气还原，采用高熔点材料包裹后进行预压，在4～8GPa，1000～1800℃的温压条件下烧结成单相结构多组元高熵过渡金属碳化物陶瓷块体材料。该方法所合成的产物成分单一且具有良好的机械性能，但是该工艺工程较复杂。

公开号为CN110407213A的专利说明书中公开了一种(Ta,Nb,Ti,V)C高熵碳化物纳米粉体及其制备方法，以Ta粉、Nb粉、Ti粉、V粉、C粉和KCl研磨混合和通入Ar气高温烧结制备高熵碳化物陶瓷。该方法有效降低了所合成高熵碳化物粉体的粒径，但是由于金属粉体和C粉的粒径较大，影响元素直接烧结反应制备产物的元素分布不均匀性；因此，金属氧化物碳热还原法成为制备高熵陶瓷的主要方法。

现有技术中，采用碳热还原反应制备高熵碳化物陶瓷的主要碳源有鳞片石墨、无定形碳粉、有机碳源等。然而鳞片石墨和无定形碳粉的粒径较大，且鳞片石墨的片状结构及无定形碳粉的不规则形貌使其在体系中难以分散，进而影响产物的均匀性及致密度；而有机碳源在反应过程中，不同温度下的残炭率不同，使得体系中的碳含量不同，最终影响碳热还原反应的进行。因此，碳源在一定程度上限制了高熵碳化物陶瓷的烧结工艺及产物性能，需要从碳源入手，进一步改进高熵碳化物陶瓷的制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷及其制备方法，使用该方法所制备的高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷具有良好的力学性能、高致密度、高纯度及低导热等特点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷，按质量份计，其所用原料包括五氧化二钒微粉0.5-2份、五氧化二铌微粉0.5-2份、五氧化二钽微粉0.5-2份、三氧化钼微粉0.5-2份、三氧化二钨微粉0.5-2份和活性碳微球5-15份。

进一步地，上述高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷中，其所用原料包括五氧化二钒微粉1份、五氧化二铌微粉1份、五氧化二钽微粉1份、三氧化钼微粉1份、三氧化二钨微粉1份和活性碳微球10份。

进一步地，上述高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷中，所述五氧化二钒微粉、五氧化二铌微粉、五氧化二钽微粉、三氧化钼微粉和三氧化二钨微粉各自的纯度≥99％，粒径≤5μm。

进一步地，上述高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷中，所述活性碳微球是以生物质为碳源，采用水热法制备得到的碳微球，碳微球的粒径≤0.5μm。

进一步地，上述高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷中，所述生物质为葡萄糖、蔗糖、淀粉中的至少一种。

一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

1)按设计组分，称取五氧化二钒微粉、五氧化二铌微粉、五氧化二钽微粉、三氧化钼微粉、三氧化二钨微粉和活性碳微球作为原料；采用无水乙醇为介质，对原料进行球磨6-18h，再于100-120℃温度中干燥8-24h，得到成分均匀的混合物；

2)将步骤1)得到的混合物进行热压烧结，制备(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷。

进一步地，如上所述高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷的制备方法，原料进行球磨后，再于110℃温度中干燥12-18h。

进一步地，如上所述高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷的制备方法，所述热压烧结的温度为1600-2000℃，保温15-40min，压力为20-60MPa，且当温度达到烧结温度时进行加压。

本发明的有益效果是：

本发明采用活性碳微球作为碳源，具有生产成本低、制备工艺简单等优点，且碳微球良好的分散性及高活性等均有利于其在基质中的分散及还原反应的进行；利用活性碳微球通过碳热还原反应机制研制高熵碳化物陶瓷材料，有效地解决了高熵碳化物合成温度高、晶粒发育大及致密度低等难题；使用该方法所制备的高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷具有良好的力学性能、高致密度、高纯度及低导热等特点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

具体实施方式

下面将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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为避免重复，先将本具体实施方式所要涉及的技术参数统一描述如下，实施例中将不赘述：

五氧化二钒微粉、五氧化二铌微粉、五氧化二钽微粉、三氧化钼微粉和三氧化二钨微粉的纯度≥99％，粒径≤5μm。活性碳微球的制备：主要以生物质为碳源，生物质为葡萄糖、蔗糖、淀粉中的至少一种，采用水热法制备得到的碳微球，碳微球的粒径≤0.5μm。

热压烧结的保温时间14-40min，且当温度达到烧结温度时进行加压。

实施例1

一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷的制备方法，以1份五氧化二钒微粉、1份五氧化二铌微粉、1份五氧化二钽微粉、1份三氧化钼微粉、1份三氧化二钨微粉与10份活性碳微球为原料，采用无水乙醇作为介质高能机械球磨12h，再经110℃干燥12h，最后将粉料于1700℃，外加40MPa进行烧结制备(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷。

实施例2

一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷的制备方法，以0.5份五氧化二钒微粉、0.5份五氧化二铌微粉、0.5份五氧化二钽微粉、0.5份三氧化钼微粉、0.5份三氧化二钨微粉与15份活性碳微球为原料，采用无水乙醇作为介质高能机械球磨18h，再经100℃干燥18h，最后将粉料于1600℃，外加20MPa进行烧结制备(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷。

实施例3

一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷的制备方法，以2份五氧化二钒微粉、2份五氧化二铌微粉、2份五氧化二钽微粉、2份三氧化钼微粉、2份三氧化二钨微粉与5份活性碳微球为原料，采用无水乙醇作为介质高能机械球磨6h，再经120℃干燥12h，最后将粉料于2000℃，外加60MPa进行烧结制备(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷。

实施例4

一种高性能(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷的制备方法，以1份五氧化二钒微粉、1份五氧化二铌微粉、1份五氧化二钽微粉、1份三氧化钼微粉、1份三氧化二钨微粉与7份活性碳微球为原料，采用无水乙醇作为介质高能机械球磨10h，再经110℃干燥18h，最后将粉料于1850℃，外加30MPa进行烧结制备(VNbTaMoW)C高熵碳化物陶瓷。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。