一种烧结过渡金属高熵陶瓷氧化物复合材料的制备方法

本发明涉及高熵陶瓷材料技术领域，具体涉及一种烧结过渡金属高熵陶瓷氧化物复合材料的制备方法。

背景技术：

“熵”源自于热力学的概念，是热力学中的参量之一，在热力学中的物理意义表述为物质体系的混乱程度。“高熵”这一定义最初起源于高熵合金，即通过系统的高配置熵来稳定材料。近年来，高熵合金的性能已无法满足航天、军工在某些方面的应用，高熵陶瓷应运而生。

高熵陶瓷制备目前有许多传统的制备方法，如采用等离子活化烧结，或者采用马弗炉烧结等，这些烧结方式存在以下几个问题：方法困难，程序复杂，温度要求高，成本高，污染大，制备周期长，不易合成单相的固溶体。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，提供一种烧结过渡金属高熵陶瓷氧化物复合材料的制备方法，有效的降低了(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物的合成成本，提高了合成效率。

本发明第一个目的提供一种烧结过渡金属高熵陶瓷氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

称取mgo、coo、nio、cuo、zno粉体原料，均匀混合，获得混合粉体；随后将混合粉体预压制坯后，于900～1300℃烧结0.5～1.5h，即得(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料；

所述烧结采用微波进行烧结。

优选的，所述微波烧结过程中，选择微波的波长为1mm～1m，频率为915mhz和/或2450mhz，功率的输入速率为20～40w/min。

更优选的，烧结时的升温速率为10～30℃/min。

优选的，采用湿式球磨的方式对原料进行混合；其中，所述球磨的球料比为3～6:1，转速为250～310r/min。

更优选的，所述mgo、coo、nio、cuo、zno粉体原料直径均为1～3μm；球磨后混合粉体的平均粒径为0.1～1μm。

更优选的，所述mgo、coo、nio、cuo、zno粉体的摩尔比为1:1:1:1:1。

优选的，所述混合粉体预压制坯是将混合粉体置于模具中、在7～12mpa的压力下预压1～2.5min而制得的；其中，坯体的厚度为3～6mm。

本发明第二个目的提供一种烧结过渡金属高熵陶瓷氧化物复合材料。

优选的，所述复合材料中的合金相为单相固溶体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的制备方法制得(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料，有效的降低了(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物的合成成本，提高了合成效率。

本发明提供的(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料中的合金相为单一相固溶体。

附图说明

图1为本发明的实施例1得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的xrd图。

图2为本发明的实施例2得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的xrd图。

图3为本发明的实施例3得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的xrd图。

图4为本发明的实施例1得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的sem图。

图5为对比例1得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的xrd图。

图6为对比例1得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的sem图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

需要说明的是，下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；采用的试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

实施例1

一种烧结过渡金属高熵陶瓷氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照摩尔比为1:1:1:1:1分别称取原料mgo、coo、nio、cuo、zno粉体，采用湿式球磨的方式对原料进行混合，球磨的球料比为5:1，转速为300r/min，获得混合粉体；其中混合粉体中mgo、coo、nio、cuo、zno颗粒平均直径为1～3μm；经球磨后混合粉体的平均粒径为0.1～1μm；

称取混合粉体30g，室温下在磨具中压制块体坯料，压力为10mpa，保压1.5min后卸压，坯体的厚度为5mm，利用微波烧结块体，附加保温结构，烧结温度为1300℃，保温30min，微波的波长范围为0.5m，频率为915mhz，功率的输入速率设定为30w/min，升温速率为20℃/min；即得(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料。

实施例2

与实施例1相同，不同之处在于，将混合粉体取20g，室温下在磨具中压制块体坯料，压力为7mpa，保压1min后卸压，坯体的厚度为6mm，利用微波烧结块体，附加保温结构，烧结温度为900℃，保温40min；

微波的波长范围为1m，频率为2450mhz，功率的输入速率设定为40w/min，升温速率为30℃/min。

实施例3

与实施例1相同，不同之处在于，将混合粉体取10g，室温下在磨具中压制块体坯料，压力为12mpa，保压2.5min后卸压，坯体的厚度为3mm，利用微波烧结块体，附加保温结构，烧结温度为1000℃，保温20min；

微波的波长范围为1mm，频率为915mhz和2450mhz，功率的输入速率设定为20w/min，升温速率为10℃/min。

对比例1

与实施例1相同，不同之处在于，采用的烧结温度为800℃。

对比例2

与实施例2相同，不同之处在于，采用无压烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间需6h。

为了说明本发明提供的一种烧结过渡金属高熵陶瓷氧化物复合材料的制备方法制得的复合材料的相关性能，对实施例1～3提供的复合材料进行测试。

其中，采用日本理学电机株式会社的smartlab型x射线衍射分析仪(xrd)对实施例1～3的(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料及对比例1进行物相表征，进而分析得到原料以及不同变量下制备的最终的(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料的物相组成，见图1～6，

实施例1中的微波烧结(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料的xrd测试结果如图1所示，实施例2中的微波烧结(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料的xrd测试结果如图2所示，实施例3中的微波烧结(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料的xrd测试结果如图3所示。采用日本电子株式会社的jsm-7001f型扫描电子显微镜(sem)来检测分析实施例1的微观形貌，图4为实施例1的微观形貌。

从图1中可以看出，得到的(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料中几乎无其他杂峰，主晶相明显，说明已经开始合成了(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料。

从图2和图3中可以看出，得到的(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料中无其他杂峰，原料已形成单一相固溶体，说明已经合成了单相(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料，同时也表明，在烧结制备过程中没有引入其他杂质。表明(mgconicuzn)o高熵陶瓷复合材料的制备受烧结温度和压片质量的影响。

图4为实施例1得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的sem图。从图4中可以看出，晶粒粗化形成连续的晶粒结构，晶粒尺寸急剧增大，岩盐结构均匀化、致密化。

图5为对比例1得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的xrd图。从图5中可以看出，此实验条件下，原料中仅部分物质发生了反应或形成新物质，没有形成单相的(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料。

图6为对比例1得到的微波烧结过渡金属(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的sem图。从图6中可以看出，此实验条件下，晶粒的物相杂乱不均匀，原料中仅部分物质发生了反应或形成新物质，没有形成单相的(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料。

综上，通过对比实施例1和对比例1，论证了(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的形成与其温度有关；通过对比实施例2和对比例2，论证了微波烧结(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物复合材料的优势，即所需时间更短，效率更高。

本发明致力于提供一种利用微波烧结高熵陶瓷复合材料的新型陶瓷制备方法，本发明优点在于微波烧结是利用物质自身介质损耗来吸收微波，进行体积加热，合成速度快，合成效率高，有效的降低了(mgconicuzn)o高熵陶瓷氧化物的合成成本，提高了合成效率。

本发明描述了优选实施例及其效果。但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。