一种具有石榴石结构的高熵陶瓷及其制备方法和应用

本发明涉及陶瓷材料加工，具体涉及一种具有石榴石结构的高熵陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术：

1、2004年以来，高熵合金(heas)因其优良的性能而引起越来越多的关注。对于具有高熵控制的材料设计概念，固溶相的稳定性归因于具有高混合控制的构型熵。通常，heas使用“熵”来调整成分。这一概念已经引起了相当大的研究兴趣。受heas研究的启发，tsau等人制造了几种高熵和中熵的合金氧化物，从而将heas的概念扩展到高熵材料。此后，对高熵氧化物(heos)、高熵碳化物、高熵氮化物、高熵硼化物和高熵硅化物的研究取得了相当大的进展。

2、heos是一种由五种以上类型的阳离子组成的新型固相结构。heos具有高度可定制的属性，可以通过配置熵进行定制，从而使材料更加独特。

3、高熵陶瓷具有结构方面的晶格畸变效应、热力学方面的高熵效应、动力学方面的迟滞扩散效应以及性能方面的鸡尾酒效应。丰富的元素种类和结构多样性，决定了高熵陶瓷将成为定制材料的结构和性能领域的关键。

4、由于高熵陶瓷优异的性能和多样化的结构，使高熵陶瓷成为研究热点。同时高熵材料的设计思路也成为精准定制材料性能的一种可能。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提供一种具有石榴石结构的高熵陶瓷及其制备方法和应用，所获得的石榴石结构的高熵陶瓷能够有效应用于磁性能调控领域，且整体制备方法成本低，适宜推广使用。

2、为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

3、一种具有石榴石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述高熵陶瓷的化学通式为：(gd0.2dy0.2er0.2y0.2r0.2)3fe5o12，其中，所述r为sm、eu、tm、yb中任意一种。

4、优选的，所述gd、dy、er、y、r五种元素的摩尔比为1∶1∶1∶1∶1，五种元素的化学计量数之和为3。

5、所述具有石榴石结构的高熵陶瓷的制备方法包括以下步骤：

6、(1)将原料干燥后按照比例称重，后混合蒸馏水进行球磨后烘干，得混合粉料备用；

7、(2)将上述混合粉料备进行预烧，再将预烧后的样品于研钵中破碎后获得预制粉料；

8、(3)将预制粉料进行高温烧结，获得具有石榴石结构的高熵陶瓷。

9、优选的，所述步骤(1)中球磨的方式为以240r/min的转速球磨6h。

10、优选的，所述步骤(2)中预烧的温度为1150℃，预烧时间为11h。

11、优选的，所述步骤(3)中烧结温度为1350℃，烧结时间为11h。

12、优选的，所述步骤(2)和步骤(3)中预烧和烧结的升温速率均为3-5℃/min。

13、具有石榴石结构的高熵陶瓷在材料磁性能调控中的应用，其应用方式为通过调整r元素的种类来调节材料磁学性能。

14、本发明提供一种具有石榴石结构的高熵陶瓷及其制备方法和应用，与现有技术相比优点在于：

15、本发明提供一种具有石榴石结构的高熵陶瓷，通过gd、dy、er、y和sm、eu、tm、yb中任意元素的组合实现材料良好的磁学性能，同时通过选择sm、eu、tm、yb的种类进行高熵陶瓷磁性能的调节，便于材料在磁性材料领域的应用，同时本发明高熵陶瓷材料采用固相法制备，成本较低、操作简单、易于大批量工业化生产、制备周期短，适宜大规模生产使用。

技术特征：

1.一种具有石榴石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述高熵陶瓷的化学通式为：(gd0.2dy0.2er0.2y0.2r0.2)3fe5o12，其中，所述r为sm、eu、tm、yb中任意一种。

2.根据权利要求1所述的一种具有石榴石结构的高熵陶瓷，其特征在于：所述gd、dy、er、y、r五种元素的摩尔比为1∶1∶1∶1∶1，五种元素的化学计量数之和为3。

3.一种如权利要求1-2任意所述具有石榴石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种具有石榴石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中球磨的方式为以240r/min的转速球磨6h。

5.根据权利要求3所述的一种具有石榴石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中预烧的温度为1150℃，预烧时间为11h。

6.根据权利要求3所述的一种具有石榴石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中烧结温度为1350℃，烧结时间为11h。

7.根据权利要求3所述的一种具有石榴石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(3)中预烧和烧结的升温速率均为3-5℃/min。

8.一种如权利要求1-2任意所述的具有石榴石结构的高熵陶瓷在材料磁性能调控中的应用。

9.根据权利要求8所述的一种具有石榴石结构的高熵陶瓷的应用，其特征在于：所述应用方式为通过调整r元素的种类来调节材料磁学性能。

技术总结
本发明提供一种具有石榴石结构的高熵陶瓷及其制备方法和应用，涉及陶瓷材料加工技术领域。所述高熵陶瓷的化学通式为：(Gd<subgt;0.2</subgt;Dy<subgt;0.2</subgt;Er<subgt;0.2</subgt;Y<subgt;0.2</subgt;R<subgt;0.2</subgt;)<subgt;3</subgt;Fe<subgt;5</subgt;O<subgt;12</subgt;，其中，所述R为Sm、Eu、Tm、Yb中任意一种，其制备方法主要为混合研磨后预烧再烧结获得，本发明克服了现有技术的不足，所获得的石榴石结构的高熵陶瓷能够有效应用于磁性能调控领域，且整体制备方法成本低，适宜推广使用。

技术研发人员：杨玉杰,陈冬阳,陈丛亮,张英明,孟雨亭
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14