一种高熵陶瓷-高熵合金梯度材料及其制备方法

技术特征：
1.一种高熵陶瓷-高熵合金梯度材料，其特征在于，其由n层材料层烧结而成，其中n≥5；各层材料层中，硅的质量百分比均为0wt％～5wt％，其余为高熵合金和高熵陶瓷；且从顶层材料层向下至底层材料层，高熵合金在每层材料层中的质量百分比由顶层的0.01wt％～30wt％，呈逐层梯度增大，最后增大至底层的50wt％～100wt％。2.根据权利要求1所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料，其特征在于，相邻两层材料层之间高熵合金所占质量百分数比的变化量为1wt％～10wt％。3.根据权利要求1所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料，其特征在于，每层材料层的厚度为1mm～10mm。4.根据权利要求1所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料，其特征在于，所述高熵陶瓷是由mg、al、sc、ti、v、co、cr、fe、ni、mn、cu、zn、ga、ge、se、y、zr、nb、mo、ag、cd、in、sn、sb、te、hf、ta、w、ir、pb、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、ho、er、yb、lu等元素中选取五种或五种以上以等原子比组成的固溶体氧化物、硼化物、碳化物、氮化物或硅化物陶瓷材料。5.根据权利要求1所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料，其特征在于，所述高熵合金是由机械合金方法制备的商业合金材料，其元素是以mg、al、sc、ti、v、co、cr、fe、ni、mn、cu、zn、ga、ge、se、y、zr、nb、mo、ag、cd、in、sn、sb、te、hf、ta、w、ir、pb、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、ho、er、yb、lu等元素中选取五种或五种以上以等原子比混合制备。6.一种权利要求1至5中任意一项所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤s1：备料将n份原料分别利用滚筒球磨机混料，混合后的料浆经干燥过筛后，得到n份混合料，n≥5；n份混合料中，硅粉的质量百分比均为0wt％～5wt％，其余为高熵合金粉体和高熵陶瓷粉体；将所述n份混合料按所含高熵合金粉体质量百分比逐渐增大的顺序，从1至n标上序号，且从第1份混合料顺次到第n份混合料中，高熵合金粉体在每份混合料中的质量百分比由第1份的0.01wt％～30wt％，呈逐份梯度增大，最后增大至第n份的50wt％～100wt％；步骤s2：分组配料将所述n份混合料，按混合料序号逐渐增大的顺序，分为2m-1组，得到2m-1组料组，m＝2～4，其中，各偶数组料组仅包括1份混合料，各奇数组料组包括多份混合料；步骤s3：奇数组料组烧结将m个奇数组料组的混合料分别置入m个石墨模具中，各奇数组料组内按混合料序号逐渐增大的顺序，将各份混合料依次铺层于各石墨模具中，混合料与石墨模具之间以石墨纸隔开；然后将装填有混合料的m个石墨模具分别在1000℃～1800℃的不同温度下进行热压烧结或放电等离子体烧结，得到m个烧结料；步骤s4：连接烧结按照混合料序号逐渐增大的顺序，将对应1号料组和3号料组的两个烧结料中间夹以2号料组的混合料，置于石墨模具中，在1500℃～1700℃温度下进行热压烧结或放电等离子体烧结，得到多层梯度材料；若m＝2，则连接结束，所述多层梯度材料即为制得的梯度材料；若m＞2，继续按照混合
料序号逐渐增大的顺序，将所述多层梯度材料和对应5号料组的烧结料中间夹以4号料组的混合料，置于石墨模具中，在1200℃～1600℃温度下进行热压烧结或放电等离子体烧结；如此继续，直至将对应第2m-1组的烧结料进行热压烧结或放电等离子体烧结，最后烧结温度为1100℃～1500℃，得到梯度材料。7.根据权利要求6所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述高熵合金粉体纯度大于或等于99.5％，粒度小于或等于200目，其中氧质量百分比小于或等于0.3wt％；所述硅粉纯度大于或等于99.99％，粒度小于或等于200目，氧质量百分比小于或等于0.1wt％；所述高熵陶瓷粉体纯度大于或等于99.0％，平均粒径0.1-10μm。8.根据权利要求6所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，利用滚筒球磨机混料的条件为：介质为无水乙醇和玛瑙球，球料比为4:1～10:1，转速为60转/分钟～120转/分钟，混料时间为12小时～24小时。9.根据权利要求6所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，干燥过程为，混合后的料浆通过旋转蒸发仪在60℃～80℃温度条件下干燥1小时～2小时，再在恒温真空干燥箱中在50℃～70℃温度条件下干燥12小时～24小时。10.根据权利要求6所述的高熵陶瓷-高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，步骤s3和步骤s4中，采用热压烧结的参数为：升温速率10℃/min～20℃/min，压力1mpa～50mpa，气氛为真空，保温0.1小时～2小时；采用放电等离子体烧结的参数为：升温速率100℃/min～200℃/min，压力为1mpa～50mpa，气氛为真空，保温时间为5分钟～10分钟。

技术总结
本发明提供一种高熵陶瓷-高熵合金梯度材料及其制备方法。该材料由N层材料层烧结而成，其中N≥5；各层材料层中，硅的质量百分比为0wt％～5wt％，其余为高熵合金和高熵陶瓷；且从顶层材料层向下至底层材料层，高熵合金在每层材料层中的质量百分比由顶层的0.01wt％～30wt％，呈逐层梯度增大，最后增大至底层的50wt％～100wt％。本发明方法通过备料、分组配料、奇数组料组烧结、连接烧结步骤制备了该材料。料。料。


技术研发人员：季伟 徐海跃 傅帅
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2022.02.28
技术公布日：2022/6/10