權(quán)利要求書: 1.一種高熵陶瓷?高熵合金梯度材料,其特征在于,其由N層材料層燒結(jié)而成,其中N≥
5;各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比均為0wt%~5wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中的質(zhì)量百分比由頂層的0.01wt%~
30wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的50wt%~100wt%;
所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料的制備方法,包含如下步驟:步驟S1:備料
將N份原料分別利用滾筒球磨機(jī)混料,混合后的料漿經(jīng)干燥過篩后,得到N份混合料,N≥5;
N份混合料中,硅粉的質(zhì)量百分比均為0wt%~5wt%,其余為高熵合金粉體和高熵
陶瓷粉體;將所述N份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從1至N標(biāo)上序號,且從第1份混合料順次到第N份混合料中,高熵合金粉體在每份混合料中的質(zhì)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%;
步驟S2:分組配料
將所述N份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分為2M?1組,得到2M?1組料組,M=2~
4,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料;
步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)
將M個奇數(shù)組料組的混合料分別置入M個石墨模具中,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
然后將裝填有混合料的M個石墨模具分別在1000℃~1800℃的不同溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),得到M個燒結(jié)料;
步驟S4:連接燒結(jié)
按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1500℃~1700℃溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),得到多層梯度材料;
若M=2,則連接結(jié)束,所述多層梯度材料即為制得的梯度材料;若M>2,繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述多層梯度材料和對應(yīng)5號料組的燒結(jié)料中間夾以4號料組的混合料,置于石墨模具中,在1200℃~1600℃溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié);
如此繼續(xù),直至將對應(yīng)第2M?1組的燒結(jié)料進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),最后燒結(jié)溫度為1100℃~1500℃,得到梯度材料;
其中,步驟S3和步驟S4中,采用熱壓燒結(jié)的參數(shù)為:升溫速率10℃/min~20℃/min,壓力1MPa~50MPa,氣氛為真空,保溫0.1小時~2小時;
采用放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)為:升溫速率100℃/min~200℃/min,壓力為1MPa~
50MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘~10分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料,其特征在于,相鄰兩層材料層之間高熵合金所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)比的變化量為1wt%~10wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料,其特征在于,每層材料層的厚度為1mm~10mm。
4.根據(jù)權(quán)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、、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元素中選取五種或五種以上以等原子比組成的固溶體氧化物、硼化物、碳化物、氮化物或硅化物陶瓷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料,其特征在于,所述高熵合金是由機(jī)械合金方法制備的商業(yè)合金材料,其元素是以Mg、Al、Sc、Ti、、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元素中選取五種或五種以上以等原子比混合制備。
6.一種權(quán)利要求1至5中任意一項所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料的制備方法,其特征在于,包含如下步驟:
步驟S1:備料
將N份原料分別利用滾筒球磨機(jī)混料,混合后的料漿經(jīng)干燥過篩后,得到N份混合料,N≥5;
N份混合料中,硅粉的質(zhì)量百分比均為0wt%~5wt%,其余為高熵合金粉體和高熵陶瓷粉體;將所述N份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從1至N標(biāo)上序號,且從第1份混合料順次到第N份混合料中,高熵合金粉體在每份混合料中的質(zhì)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%;
步驟S2:分組配料
將所述N份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分為2M?1組,得到2M?1組料組,M=2~
4,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料;
步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)
將M個奇數(shù)組料組的混合料分別置入M個石墨模具中,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
然后將裝填有混合料的M個石墨模具分別在1000℃~1800℃的不同溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),得到M個燒結(jié)料;
步驟S4:連接燒結(jié)
按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1500℃~1700℃溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),得到多層梯度材料;
若M=2,則連接結(jié)束,所述多層梯度材料即為制得的梯度材料;若M>2,繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述多層梯度材料和對應(yīng)5號料組的燒結(jié)料中間夾以4號料組的混合料,置于石墨模具中,在1200℃~1600℃溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié);
如此繼續(xù),直至將對應(yīng)第2M?1組的燒結(jié)料進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),最后燒結(jié)溫度為1100℃~1500℃,得到梯度材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料的制備方法,其特征在于,步驟S1中,所述高熵合金粉體純度大于或等于99.5%,粒度小于或等于200目,其中氧質(zhì)量百分比小于或等于0.3wt%;所述硅粉純度大于或等于99.99%,粒度小于或等于200目,氧質(zhì)量百分比小于或等于0.1wt%;所述高熵陶瓷粉體純度大于或等于99.0%,平均粒徑0.1?10μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料的制備方法,其特征在于,步驟S1中,利用滾筒球磨機(jī)混料的條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為4:1~10:1,轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘~120轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為12小時~24小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料的制備方法,其特征在于,步驟S1中,干燥過程為,混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃~80℃溫度條件下干燥1小時~2小時,再在恒溫真空干燥箱中在50℃~70℃溫度條件下干燥12小時~24小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料的制備方法,其特征在于,步驟S3和步驟S4中,采用熱壓燒結(jié)的參數(shù)為:升溫速率10℃/min~20℃/min,壓力1MPa~
50MPa,氣氛為真空,保溫0.1小時~2小時;
采用放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)為:升溫速率100℃/min~200℃/min,壓力為1MPa~
50MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘~10分鐘。
說明書: 一種高熵陶瓷?高熵合金梯度材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷和金屬
復(fù)合材料領(lǐng)域,特別涉及一種高熵陶瓷?高熵合金梯度材料及其制備方法。
背景技術(shù)[0002] 高熵陶瓷材料是近年提出和發(fā)展的一種
新材料,通常是指由5種或以上陶瓷組元形成的多主元固溶體。2015年,美國北卡羅萊納州立大學(xué)的Rost和杜克大學(xué)的Curtarolo等人在《Entropy?stabilizedoxides》一文中,合作報道了一種巖鹽結(jié)構(gòu)的熵穩(wěn)定氧化物陶瓷,即高熵陶瓷。隨后,越來越多的高熵陶瓷,包括螢石結(jié)構(gòu)、
鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、尖晶石結(jié)構(gòu)的高熵氧化物陶瓷以及硼化物、碳化物、氮化物、硅化物等非氧化物高熵陶瓷如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。其獨特性能吸引了眾多的科研工作者的廣泛關(guān)注,成為陶瓷領(lǐng)域的研究熱點。
[0003] 作為一種典型的高熵材料,高熵陶瓷的基本規(guī)律和特點可以概括為熱力學(xué)的高熵效應(yīng)、結(jié)構(gòu)的晶格畸變效應(yīng)、動力學(xué)的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)和組元的協(xié)同增效效應(yīng)。正是由于組成和結(jié)構(gòu)上的這些特點,使得高熵陶瓷具備優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性能。這其中,多組元固溶體的遲滯擴(kuò)散和協(xié)同增效效應(yīng),理論上會增加高熵陶瓷抵抗高溫高壓變形和化學(xué)腐蝕的能
力,使其在極端溫度、壓力和化學(xué)環(huán)境下保持單相,在各種應(yīng)用條件下極具穩(wěn)定性。如三組元碳化物陶瓷的高溫強(qiáng)度在某些溫度區(qū)間超過了所有的單一組元,這就使得高熵陶瓷在航
空航天領(lǐng)域超高溫條件下,具有很好的工程應(yīng)用前景。
[0004] 通常情況下,超高溫材料在航空航天裝備中并不能單獨使用。例如在航天飛機(jī)超音速燃燒沖壓式發(fā)動機(jī)中,燃燒室壁一側(cè)要承受超過2000℃的燃燒氣體熱沖擊,另一側(cè)又
要經(jīng)受?200℃左右的液氫冷卻,單一材料顯然滿足不了這一要求。人們想到可以用超高溫陶瓷去對付高溫,用低溫性能較好的金屬材料來對付低溫,將陶瓷和金屬聯(lián)合起來使用。但是,用傳統(tǒng)的技術(shù)將金屬和陶瓷結(jié)合起來時,由于二者的界面熱力學(xué)特性匹配不好,在高溫和熱應(yīng)力條件下會引起開裂,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效,造成不可挽回的嚴(yán)重后果。
[0005] 針對這種情況,日本科學(xué)家平井敏雄于20世紀(jì)80年代在《功能梯度材料》一文中提出了功能梯度材料的設(shè)想。這種材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計概念主要創(chuàng)新點在于選擇兩種具有不同性能的材料,通過連續(xù)式或者階梯式改變兩種材料的組成和結(jié)構(gòu),在得到性能相應(yīng)于各部分
組成變化而漸變的非均質(zhì)材料的同時,降低其在極端環(huán)境下的內(nèi)部應(yīng)力,從而減小界面的
性能不匹配因素。如果選擇的兩種材料本身已具備較好的物理化學(xué)匹配性,那構(gòu)造的功能
梯度材料可行性將會更高。
[0006] 高熵合金與高熵陶瓷同為高熵材料,具有一致的熱力學(xué)、動力學(xué)、結(jié)構(gòu)組成特性和相近的物理化學(xué)性質(zhì)。同時,高熵合金具備極其優(yōu)異的低溫力學(xué)性能。美國勞倫斯伯克利國家實驗室的BerndGludovatz等人就在《Afracture?resistanthigh?entropyalloyforcryogenicapplications》一文中就指出高熵合金在?200℃條件下具有目前最優(yōu)異的低溫韌性,且隨著溫度降低韌性依然可以保持很高的水平。因此與單質(zhì)金屬和其他合金相比,高熵合金與高熵陶瓷的組合更加匹配,更能適應(yīng)極端環(huán)境條件。在此成分選擇基礎(chǔ)上,進(jìn)一步采用高熵陶瓷?高熵合金漸進(jìn)式成分變化的形式構(gòu)造梯度結(jié)構(gòu)材料,會使整個結(jié)構(gòu)件更具穩(wěn)定性。
[0007] 梯度結(jié)構(gòu)材料最常用的制備方法為鋪層燒結(jié)法,即以不同配比的粉體物料在模具中依次鋪層,再將其整體燒結(jié)的制備方法。但對于高熵陶瓷?高熵合金體系,由于不同配比的粉體物料最佳燒結(jié)溫度不同,因此這種方法不能保證各層都有高的密實度,尤其在多層
梯度材料中這種缺點更為明顯。
[0008] 受此啟發(fā),本文以高熵陶瓷粉體和高熵合金粉體作為主要原料,加入少量硅粉,采用分段燒結(jié)再連接的鋪層燒結(jié)法制備了一種梯度結(jié)構(gòu)材料。發(fā)明內(nèi)容[0009] 針對背景技術(shù)存在的問題,本發(fā)明提供一種高熵陶瓷?高熵合金梯度材料及其制備方法,解決高熵陶瓷和金屬材料因熱物理性能不匹配而無法有效連接的問題,同時提供
其制備方法,解決現(xiàn)有梯度材料制備方法中各梯度層無法統(tǒng)一致密的問題。
[0010] 為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[0011] 一種高熵陶瓷?高熵合金梯度材料,其特征在于,其由N層材料層燒結(jié)而成,其中N≥5;各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比均為0wt%~5wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中的質(zhì)量百分比由頂層的0.01wt%~30wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的50wt%~100wt%。
[0012] 進(jìn)一步,相鄰兩層材料層之間高熵合金所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)比的變化量為1wt%~10wt%。
[0013] 進(jìn)一步,每層材料層的厚度為1mm~10mm。[0014] 進(jìn)一步,所述高熵陶瓷是由Mg、Al、Sc、Ti、、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等元素中選取五種或五種以上以等原子比組成的固溶體氧化物、硼化物、碳化物、氮化物或硅化物陶瓷材料。[0015] 進(jìn)一步,所述高熵合金是由機(jī)械合金方法制備的商業(yè)合金材料,其元素是以Mg、Al、Sc、Ti、、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等元素中選取五種或五種以上以等原子比混合制備。
[0016] 一種所述的高熵陶瓷?高熵合金梯度材料的制備方法,其特征在于,包含如下步驟:
[0017] 步驟S1:備料[0018] 將N份原料分別利用滾筒球磨機(jī)混料,混合后的料漿經(jīng)干燥過篩后,得到N份混合料,N≥5;
[0019] N份混合料中,硅的質(zhì)量百分比均為0wt%~5wt%,其余為高熵合金粉體和高熵陶瓷粉體;將所述N份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從1至N標(biāo)上序號,且從第1份混合料順次到第N份混合料中,高熵合金粉體在每份混合料中的質(zhì)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%;
[0020] 步驟S2:分組配料[0021] 將所述N份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分為2M?1組,得到2M?1組料組,M=2~4,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料;[0022] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0023] 將M個奇數(shù)組料組的混合料分別置入M個石墨模具中,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模具中,混合料與石墨模具之間以石
墨紙隔開;
[0024] 然后將裝填有混合料的M個石墨模具分別在1000℃~1800℃的不同溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),得到M個燒結(jié)料;
[0025] 步驟S4:連接燒結(jié)[0026] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1500℃~1700℃溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),得到多層梯度材料;
[0027] 若M=2,則連接結(jié)束,所述多層梯度材料即為制得的梯度材料;若M>2,繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述多層梯度材料和對應(yīng)5號料組的燒結(jié)料中間夾以4號料組的混合料,置于石墨模具中,在1200℃~1600℃溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒
結(jié);
[0028] 如此繼續(xù),直至將對應(yīng)第2M?1組的燒結(jié)料進(jìn)行熱壓燒結(jié)或放電等離子體燒結(jié),最后燒結(jié)溫度為1100℃~1500℃,得到梯度材料。
[0029] 進(jìn)一步,步驟S1中,所述高熵合金粉體純度大于或等于99.5%,粒度小于或等于200目,其中氧質(zhì)量百分比小于或等于0.3wt%;所述硅粉純度大于或等于99.99%,粒度小于或等于200目,氧質(zhì)量百分比小于或等于0.1wt%;所述高熵陶瓷粉體純度大于或等于
99.0%,平均粒徑0.1?10μm。
[0030] 進(jìn)一步,步驟S1中,利用滾筒球磨機(jī)混料的條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為4:1~10:1,轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘~120轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為12小時~24小時。[0031] 進(jìn)一步,步驟S1中,干燥過程為,混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃~80℃溫度條件下干燥1小時~2小時,再在恒溫真空干燥箱中在50℃~70℃溫度條件下干燥12小時~24小時。
[0032] 進(jìn)一步,步驟S3和步驟S4中,采用熱壓燒結(jié)的參數(shù)為:升溫速率10℃/min~20℃/min,壓力1MPa~50MPa,氣氛為真空,保溫0.1小時~2小時;
[0033] 采用放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)為:升溫速率100℃/min~200℃/min,壓力為1MPa~50MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘~10分鐘。
[0034] 進(jìn)一步,石墨模具所裝填的混合料的序號越大,混合料中的高熵合金粉體含量越高,燒結(jié)溫度越低。
[0035] 進(jìn)一步,各奇數(shù)組料組中,各份混合料的高熵合金粉體含量的變化量在20wt%之內(nèi)。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下有益效果:[0037] 1.本發(fā)明以高熵陶瓷粉和高熵合金粉體作為基體,采取分層、分段燒結(jié)的方式,在不同燒結(jié)溫度下分段制備出硬度高、致密度好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且具有明顯梯度結(jié)構(gòu)和性能的梯度材料,高熵合金粉體與高熵陶瓷的物理化學(xué)性能相近,使其在燒結(jié)致密的同時依然
保持優(yōu)良的力學(xué)性能,也可使梯度材料的性質(zhì)由陶瓷性逐漸向金屬性轉(zhuǎn)變。
[0038] 2.采用分段燒結(jié)制備梯度材料,可根據(jù)不同高熵合金含量制定相應(yīng)的燒結(jié)制度,使得每層都具有很高的致密度;熱連接可將幾段少層梯度材料連接成多層梯度材料,使材
料整體梯度結(jié)構(gòu)更加豐富。
[0039] 3.加入少量硅粉作為燒結(jié)助劑,可降低體系燒結(jié)溫度,增加致密度,減少了燒結(jié)成本,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。附圖說明[0040] 圖1為由實施例1所制得的梯度材料梯度截面結(jié)構(gòu)示意圖;[0041] 圖2為由實施例3所制得的直徑為20mm的梯度材料光學(xué)照片。具體實施方式[0042] 實施例1[0043] 步驟S1:備料[0044] 將11份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為4:1,轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為12小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下干燥1小時,再在恒溫真空干燥箱中在50℃下干燥12小時,最后過200目篩,得到11份混合料,將所述11份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到Ⅺ順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表1?1;[0045] 表1?1[0046][0047][0048] 上述高熵合金粉體為CoCrFeNiAl高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Mo0.2)C高熵陶瓷粉。
[0049] 步驟S2:分組配料[0050] 取步驟S1中備好的Ⅰ?Ⅺ共11份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成5組,得到5組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表1?2;[0051] 表1?2[0052] 料組號 組成1 0.805gⅠ、0.819gⅡ和0.848gⅢ
2 0.880gⅣ
3 0.914gⅤ、0.951gⅥ和0.992gⅦ
4 1.036gⅧ
5 1.083gⅨ、1.135gⅩ和1.193gⅪ
[0053] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0054] 將1號料組、3號料組和5號料組分別置入1號、2號和3號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ20mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0055] 然后將1號石墨模具在1700℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),2號石墨模具在1500℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),3號石墨模具在1200℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),脫模后得到3個3層燒結(jié)料;
[0056] 步驟S3中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為30MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘;[0057] 步驟S4:連接燒結(jié)[0058] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1600℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到7層梯度材料;
[0059] 繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述7層梯度材料和對應(yīng)5號料組的燒結(jié)料中間夾以4號料組的混合料,置于石墨模具中,在1300℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),最終得到11層梯度材料;
[0060] 步驟S4中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為30MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘。[0061] 如圖1所示,該梯度材料由11層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為1wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中的質(zhì)量百分比由頂層的5wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的99wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為5wt%~10wt%;每層材料層厚度為1mm。
[0062] 實施例2[0063] 步驟S1:備料[0064] 將7份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為10:1,轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為24小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在80℃下干燥2小時,再在恒溫真空干燥箱中在70℃下干燥24小時,最后過200目篩,得到7份混合料,將所述7份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到Ⅶ順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表2?1;
[0065] 表2?1[0066][0067][0068] 上述高熵合金粉體為CoCrFeCuZn高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(Mg0.2Ni0.2Co0.2Cu0.2Zn0.2)O高熵陶瓷粉。
[0069] 步驟S2:分組配料[0070] 取步驟S1中備好的Ⅰ?Ⅶ共7份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成3組,得到3組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表2?2;[0071] 表2?2[0072] 料組號 組成1 0.819gⅠ、0.848gⅡ和0.880gⅢ
2 0.914gⅣ
3 0.951gⅤ、0.992gⅥ和1.036gⅦ
[0073] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0074] 將1號料組和3號料組分別置入1號和2號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ20mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模
具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0075] 然后將1號石墨模具在1650℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),2號石墨模具在1450℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),脫模后得到2個3層燒結(jié)料;
[0076] 步驟S3中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率200℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為10分鐘;[0077] 步驟S4:連接燒結(jié)[0078] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1550℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到7層梯度材料;
[0079] 步驟S4中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率200℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為10分鐘。[0080] 該梯度材料由7層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為0wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中的質(zhì)量百分比由頂層的10wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的70wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為10wt%;每層材料層厚度為1mm。
[0081] 實施例3[0082] 步驟S1:備料[0083] 將8份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為6:1,轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為16小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在70℃下干燥1小時,再在恒溫真空干燥箱中在60℃下干燥24小時,最后過200目篩,得到8份混合料,將所述8份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到Ⅶ順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表3?1;
[0084] 表3?1[0085]混合料序號 高熵合金粉體 硅粉 余量
Ⅰ 30wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅱ 40wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅲ 50wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅳ 60wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅴ 70wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅵ 80wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅶ 90wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅷ 99wt% 1wt% 0
[0086] 上述高熵合金粉體為TiMnZrNiAl高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Hf0.2Ta0.2)B2高熵陶瓷粉。
[0087] 步驟S2:分組配料[0088] 取步驟S1中備好的Ⅰ?Ⅷ共8份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成5組,得到5組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表3?2;[0089] 表3?2[0090]料組號 組成
1 0.880gⅠ和0.914gⅡ
2 0.951gⅢ
3 0.992gⅣ和1.036gⅤ
4 1.083gⅥ
5 1.135gⅦ和1.193gⅧ
[0091] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0092] 將1號料組、3號料組和5號料組分別置入1號、2號和3號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ20mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0093] 然后將1號石墨模具在1600℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),2號石墨模具在1400℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),3號石墨模具在1100℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),脫模后得到3個2層燒結(jié)料;
[0094] 步驟S3中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為10分鐘;[0095] 步驟S4:連接燒結(jié)[0096] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1500℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到5層梯度材料;
[0097] 繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述5層梯度材料和對應(yīng)5號料組的燒結(jié)料中間夾以4號料組的混合料,置于石墨模具中,在1200℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),最終得到8層梯度材料;
[0098] 步驟S4中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為10分鐘。[0099] 該梯度材料由8層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為1wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中的質(zhì)量百分比由頂層的30wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的99wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為9wt%~10wt%;每層材料層厚度為1mm。
[0100] 本實施例所制得的梯度材料光學(xué)照片如圖2所示。[0101] 實施例4[0102] 步驟S1:備料[0103] 將11份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為8:1,轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為20小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下干燥1小時,再在恒溫真空干燥箱中在50℃下干燥12小時,最后過200目篩,得到11份混合料,將所述11份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到Ⅺ順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表4?1;[0104] 表4?1[0105] 混合料序號 高熵合金粉體 余量Ⅰ 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅱ 3wt% 高熵陶瓷粉
Ⅲ 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅳ 10wt% 高熵陶瓷粉
Ⅴ 15wt% 高熵陶瓷粉
Ⅵ 20wt% 高熵陶瓷粉
Ⅶ 25wt% 高熵陶瓷粉
Ⅷ 30wt% 高熵陶瓷粉
Ⅸ 40wt% 高熵陶瓷粉
Ⅹ 45wt% 高熵陶瓷粉
Ⅺ 50wt% 高熵陶瓷粉
[0106] 上述高熵合金粉體為CoTaSnNiAl高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(Ti0.2Nb0.2Zr0.2Hf0.2Ta0.2)C高熵陶瓷粉。
[0107] 步驟S2:分組配料[0108] 取步驟S1中備好的Ⅰ?Ⅺ共11份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成5組,得到5組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表4?2;[0109] 表4?2[0110]料組號 組成
1 3.176gⅠ、3.198gⅡ和3.219gⅢ
2 3.276gⅣ
3 3.333gⅤ、3.394gⅥ和3.456gⅦ
4 3.520gⅧ
5 3.657gⅨ、3.731gⅩ和3.806gⅪ
[0111] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0112] 將1號料組、3號料組和5號料組分別置入1號、2號和3號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ40mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0113] 然后將1號石墨模具在1800℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),2號石墨模具在1650℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),3號石墨模具在1550℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),脫模后得到3個3層燒結(jié)料;
[0114] 步驟S3中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率200℃/min,壓力為30MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘;[0115] 步驟S4:連接燒結(jié)[0116] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1700℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到7層梯度材料;
[0117] 繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述7層梯度材料和對應(yīng)5號料組的燒結(jié)料中間夾以4號料組的混合料,置于石墨模具中,在1600℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),最終得到11層梯度材料;
[0118] 步驟S4中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率200℃/min,壓力為30MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘。[0119] 該梯度材料由11層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為0wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中
的質(zhì)量百分比由頂層的1wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的50wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為2wt%~10wt%;每層材料層厚度為1mm。
[0120] 實施例5[0121] 步驟S1:備料[0122] 將7份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為10:1,轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為24小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在80℃下干燥2小時,再在恒溫真空干燥箱中在70℃下干燥24小時,最后過200目篩,得到7份混合料,將所述7份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到Ⅶ順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表5?1;
[0123] 表5?1[0124]混合料序號 高熵合金粉體 余量
Ⅰ 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅱ 10wt% 高熵陶瓷粉
Ⅲ 20wt% 高熵陶瓷粉
Ⅳ 30wt% 高熵陶瓷粉
Ⅴ 40wt% 高熵陶瓷粉
Ⅵ 50wt% 高熵陶瓷粉
Ⅶ 60wt% 高熵陶瓷粉
[0125] 上述高熵合金粉體為CoYMoNiAl高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(Ti0.2Zr0.2Nb0.2Mo0.2W0.2)Si2高熵陶瓷粉。
[0126] 步驟S2:分組配料[0127] 取步驟S1中備好的Ⅰ?Ⅶ共7份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成3組,得到3組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表5?2;[0128] 表5?2[0129] 料組號 組成1 7.243gⅠ、7.370gⅡ和7.636gⅢ
2 7.921gⅣ
3 8.229gⅤ、8.563gⅥ和8.925gⅦ
[0130] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0131] 將1號料組和3號料組分別置入1號和2號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ60mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模
具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0132] 然后將1號石墨模具在1700℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),2號石墨模具在1500℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),脫模后得到2個3層燒結(jié)料;
[0133] 步驟S3中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為10分鐘;[0134] 步驟S4:連接燒結(jié)[0135] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1600℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到7層梯度材料;
[0136] 步驟S4中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為10分鐘。[0137] 該梯度材料由7層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為0wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中的質(zhì)量百分比由頂層的5wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的60wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為5wt%~10wt%;每層材料層厚度為1mm。
[0138] 實施例6[0139] 步驟S1:備料[0140] 將14份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為10:1,轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為24小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下干燥2小時,再在恒溫真空干燥箱中在60℃下干燥24小時,最后過200目篩,得到14份混合料,將所述14份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到Ⅺ順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表6?1;[0141] 表6?1[0142] 混合料序號 高熵合金粉體 余量Ⅰ 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅱ 3wt% 高熵陶瓷粉
Ⅲ 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅳ 10wt% 高熵陶瓷粉
Ⅴ 20wt% 高熵陶瓷粉
Ⅵ 30wt% 高熵陶瓷粉
Ⅶ 40wt% 高熵陶瓷粉
Ⅷ 50wt% 高熵陶瓷粉
Ⅸ 60wt% 高熵陶瓷粉
Ⅹ 70wt% 高熵陶瓷粉
Ⅺ 80wt% 高熵陶瓷粉
Ⅻ 90wt% 高熵陶瓷粉
XIII 95wt% 高熵陶瓷粉
XI 100wt% 0
[0143] 上述高熵合金粉體為NbWIrNiAl高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(0.2Cr0.2Zr0.2Nb0.2Mo0.2)N高熵陶瓷粉。
[0144] 步驟S2:分組配料[0145] 取步驟S1中備好的Ⅰ?XI共14份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成7組,得到7組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表6?2;[0146] 表6?2[0147][0148][0149] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0150] 將1號料組、3號料組、5號料組和7號料組分別置入1號、2號、3號和4號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ60mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0151] 然后將1號石墨模具在1800℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),2號石墨模具在1600℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),3號石墨模具在1300℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),4號石墨模具在
1000℃下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),脫模后得到4個燒結(jié)料;
[0152] 步驟S3中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘;[0153] 步驟S4:連接燒結(jié)[0154] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1700℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到7層梯度材料;
[0155] 繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述7層梯度材料和對應(yīng)5號料組的燒結(jié)料中間夾以4號料組的混合料,置于石墨模具中,在1500℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到11層梯度材料;
[0156] 繼續(xù)按照混合料序號逐漸增大的順序,將所述11層梯度材料和對應(yīng)7號料組的燒結(jié)料中間夾以6號料組的混合料,置于石墨模具中,在1100℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒
結(jié),最終得到14層梯度材料;
[0157] 步驟S4中,放電等離子體燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率100℃/min,壓力為50MPa,氣氛為真空,保溫時間為5分鐘。[0158] 該梯度材料由14層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為0wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中
的質(zhì)量百分比由頂層的1wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的100wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為2wt%~10wt%;每層材料層厚度為1mm。
[0159] 實施例7[0160] 步驟S1:備料[0161] 將5份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為4:1,轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為20小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下干燥1小時,再在恒溫真空干燥箱中在60℃下干燥24小時,最后過200目篩,得到5份混合料,將所述5份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到Ⅴ順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表7?1;
[0162] 表7?1[0163]混合料序號 高熵合金粉體 硅粉 余量
Ⅰ 30wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅱ 40wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅲ 50wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅳ 60wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
Ⅴ 70wt% 1wt% 高熵陶瓷粉
[0164] 上述高熵合金粉體為CoCrCdNiAl高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(Ti0.2Nb0.2Mo0.2Cr0.2Hf0.2)B2高熵陶瓷粉。
[0165] 步驟S2:分組配料[0166] 取步驟S1中備好的Ⅰ?Ⅴ共5份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成3組,得到3組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表7?2;[0167] 表7?2[0168][0169][0170] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0171] 將1號料組和3號料組分別置入1號和2號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ48mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模
具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0172] 然后將1號石墨模具在1550℃下進(jìn)行熱壓燒結(jié),2號石墨模具在1450℃下進(jìn)行熱壓燒結(jié),脫模后得到2個2層燒結(jié)料;
[0173] 步驟S3中,熱壓燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率10℃/min,壓力為30MPa,氣氛為真空,保溫時間為60分鐘;[0174] 步驟S4:連接燒結(jié)[0175] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1500℃溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié),得到5層梯度材料;
[0176] 步驟S4中,熱壓燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率10℃/min,壓力為30MPa,氣氛為真空,保溫時間為60分鐘。[0177] 該梯度材料由5層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為1wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中的質(zhì)量百分比由頂層的30wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的70wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為10wt%;每層材料層厚度為10mm。
[0178] 實施例8[0179] 步驟S1:備料[0180] 將21份原料分別倒入混料罐,利用滾筒球磨機(jī)混料,混料條件為:介質(zhì)為無水乙醇和瑪瑙球,球料比為4:1,轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘,混料時間為24小時;混合后的料漿通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下干燥1小時,再在恒溫真空干燥箱中在60℃下干燥12小時,最后過200目篩,得到21份混合料,將所述21份混合料按所含高熵合金粉體質(zhì)量百分比逐漸增大的順序,從Ⅰ到XXI順次標(biāo)上序號,各份混合料的組成見表8?1;[0181] 表8?1[0182] 混合料序號 高熵合金粉體 硅粉 余量Ⅰ 30wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅱ 31wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅲ 32wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅳ 33wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅴ 34wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅵ 35wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅶ 36wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅷ 37wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅸ 38wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅹ 39wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅺ 40wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
Ⅻ 41wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XIII 42wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XI 43wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
X 44wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XI 45wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XII 46wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XIII 47wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XIX 48wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XX 49wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
XXI 50wt% 5wt% 高熵陶瓷粉
[0183] 上述高熵合金粉體為CoTiZrNiAl高熵合金粉體,高熵陶瓷粉為(Ce0.2La0.2Nd0.2Pr0.2Sm0.2)O高熵陶瓷粉。
[0184] 步驟S2:分組配料[0185] 取步驟S1中備好的Ⅰ?XXI共21份混合料,按混合料序號逐漸增大的順序,分成3組,得到3組料組,其中,各偶數(shù)組料組僅包括1份混合料,各奇數(shù)組料組包括多份混合料,各料組的的組成見表8?2;[0186] 表8?2[0187][0188] 步驟S3:奇數(shù)組料組燒結(jié)[0189] 將1號料組和3號料組分別置入1號和2號石墨模具中,石墨模具內(nèi)徑尺寸均為Φ48mm,各奇數(shù)組料組內(nèi)按混合料序號逐漸增大的順序,將各份混合料依次鋪層于各石墨模
具中,混合料與石墨模具之間以石墨紙隔開;
[0190] 然后將1號石墨模具在1600℃下進(jìn)行熱壓燒結(jié),2號石墨模具在1500℃下進(jìn)行熱壓燒結(jié),脫模后得到2個10層燒結(jié)料;
[0191] 步驟S3中,熱壓燒結(jié)的參數(shù)均為:升溫速率20℃/min,壓力50MPa,氣氛為真空,保溫2小時;[0192] 步驟S4:連接燒結(jié)[0193] 按照混合料序號逐漸增大的順序,將對應(yīng)1號料組和3號料組的兩個燒結(jié)料中間夾以2號料組的混合料,置于石墨模具中,在1550℃溫度下進(jìn)行放電等離子體燒結(jié),得到21層梯度材料;
[0194] 步驟S4中,熱壓燒結(jié)的參數(shù)為:升溫速率20℃/min,壓力50MPa,氣氛為真空,保溫2小時。[0195] 該梯度材料由21層材料燒結(jié)為一體,各層材料層中,硅的質(zhì)量百分比為5wt%,其余為高熵合金和高熵陶瓷;且從頂層材料層向下至底層材料層,高熵合金在每層材料層中
的質(zhì)量百分比由頂層的30wt%,呈逐層梯度增大,最后增大至底層的50wt%,相鄰兩層之間高熵合金質(zhì)量百分比的變化量為1wt%;每層材料層厚度為1mm。
[0196] 實施例1~8中,高熵合金粉體純度大于或等于99.5%,粒度小于或等于200目,其中氧質(zhì)量百分比小于或等于0.3wt%;硅粉純度大于或等于99.99%,粒度小于或等于200
目,氧質(zhì)量百分比小于或等于0.1wt%;高熵陶瓷粉體純度大于或等于99.0%,平均粒徑0.1~10μm。
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“高熵陶瓷-高熵合金梯度材料及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)