一种高熵硼化物纳米粉体及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种高熵硼化物纳米粉体及其制备方法和应用 (High-entropy boride nano powder and preparation method and application thereof ) 是由 褚衍辉 韩杨洁 唐忠宇 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高熵硼化物纳米粉体及其制备方法和应用。本发明的高熵硼化物纳米粉体由HfCl-(4)、ZrCl-(4)、TaCl-(5)、NbCl-(5)、NaBH-(4)、LiCl和KCl经过烧结、水洗和醇洗制成,其制备方法包括以下步骤：1)将HfCl-(4)、ZrCl-(4)、TaCl-(5)、NbCl-(5)、NaBH-(4)、LiCl和KCl混合进行研磨,得到混合粉体；2)将混合粉体置于保护气氛中800℃～900℃进行烧结,再进行水洗、醇洗和干燥,即得高熵硼化物纳米粉体。本发明的高熵硼化物纳米粉体粒径细小、纯度高、成分均匀,且制备过程简单、对设备要求低、烧结温度低、无污染,适合进行大规模生产应用。(The invention discloses high-entropy boride nano powder and a preparation method and application thereof. The high-entropy boride nano powder is prepared from HfCl 4 、ZrCl 4 、TaCl 5 、NbCl 5 、NaBH 4 The LiCl and KCl are prepared by sintering, water washing and alcohol washing, and the preparation method comprises the following steps: 1) reacting HfCl 4 、ZrCl 4 、TaCl 5 、NbCl 5 、NaBH 4 Mixing LiCl and KCl and grinding to obtain mixed powder; 2) sintering the mixed powder in a protective atmosphere at 800-900 ℃, washing with water,Washing with alcohol and drying to obtain the high-entropy boride nano powder. The high-entropy boride nano powder has the advantages of fine particle size, high purity, uniform components, simple preparation process, low requirement on equipment, low sintering temperature and no pollution, and is suitable for large-scale production and application.)
技术领域
本发明涉及高熵陶瓷技术领域，具体涉及一种高熵硼化物纳米粉体及其制备方法和应用。
背景技术
高熵陶瓷是一种新型陶瓷材料，具有熔点高、耐腐蚀性好、电化学性能优异、性能可调等特点，近年来受到了国内外研究人员的广泛关注。目前，已经开发出来的高熵陶瓷主要包括高熵氧化物、高熵硼化物、高熵碳化物等。高熵硼化物具有极高的熔点(>3000℃)、低的热导率、高的硬度和弹性模量以及良好的高温抗氧化性，可以用在超音速飞行器前缘、固体火箭发动机喉衬、强腐蚀金属熔炼坩埚和高速切削刀具等需要在极端环境服役的部件之中，应用前景十分广阔。高熵硼化物陶瓷粉体的合成方法主要包括硼热还原法、碳/硼热还原法、熔盐法等，这些方法普遍存在烧结温度高、对设备要求高、制备过程复杂、制备的高熵硼化物粉体粒径粗大等问题，难以进行大规模实际应用。
因此，亟需开发一种制备过程简单、对设备要求低、烧结温度低的高熵硼化物纳米粉体制备方法，并获得一种高品质的高熵硼化物纳米粉体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高熵硼化物纳米粉体及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种高熵硼化物纳米粉体，其由HfCl4、ZrCl4、TaCl5、NbCl5、NaBH4、LiCl和KCl经过烧结、水洗和醇洗制成。
优选的，所述HfCl4、ZrCl4、TaCl5、NbCl5的摩尔比为1:1:1:1。
优选的，所述HfCl4、ZrCl4、TaCl5和NbCl5的总量(总物质的量)与NaBH4的摩尔比为1:6～1:8。
优选的，所述LiCl和KCl的总质量为HfCl4、ZrCl4、TaCl5和NbCl5总质量的8倍～10倍。
优选的，所述LiCl、KCl的质量比为45:55。
优选的，所述烧结在保护气氛中进行。
优选的，所述高熵硼化物纳米粉体的粒径为6nm～15nm。
上述高熵硼化物纳米粉体的制备方法包括以下步骤：
1)将HfCl4、ZrCl4、TaCl5、NbCl5、NaBH4、LiCl和KCl混合进行研磨，得到混合粉体；
2)将混合粉体置于保护气氛中800℃～900℃进行烧结，再进行水洗、醇洗和干燥，即得高熵硼化物纳米粉体。
优选的，上述高熵硼化物纳米粉体的制备方法包括以下步骤：
1)将HfCl4、ZrCl4、TaCl5、NbCl5、NaBH4、LiCl和KCl混合后在保护气氛中进行研磨，得到混合粉体；
2)将混合粉体置于保护气氛中800℃～900℃进行烧结，再进行水洗、醇洗和干燥，即得高熵硼化物纳米粉体。
优选的，步骤1)所述HfCl4、ZrCl4和NbCl5的纯度均≥99.9％。
优选的，步骤1)所述TaCl5的纯度≥99.8％。
优选的，步骤1)所述HfCl4、ZrCl4、TaCl5、NbCl5和NaBH4均呈粉末状。
优选的，步骤1)所述保护气氛为氩气气氛。
优选的，步骤1)所述研磨的时间为10min～30min。
优选的，步骤2)所述烧结的具体操作为：控制升温速率为3℃/min～5℃/min升温至800℃～900℃，再保温24h～36h。
优选的，步骤2)所述保护气氛为氩气气氛。
优选的，所述氩气的流量为80sccm～100sccm。
优选的，步骤2)所述水洗在70℃～90℃下进行，水洗时间为1h～2h。
优选的，步骤2)所述干燥在40℃～80℃下进行，干燥时间为2h～5h。
本发明的有益效果是：本发明的高熵硼化物纳米粉体粒径细小(粒径6nm～15nm)、纯度高、成分均匀，且制备过程简单、对设备要求低、烧结温度低、无污染，适合进行大规模生产应用。
附图说明
图1为实施例2的高熵硼化物纳米粉体的XRD图。
图2为实施例2的高熵硼化物纳米粉体的TEM图和STEM-EDS能谱元素分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1～3中的HfCl4粉和NbCl5粉的纯度均为99.9％，ZrCl4粉的纯度≥99.9％，TaCl5粉的纯度为99.8％，NaBH4粉、LiCl和KCl的纯度均为分析纯。
实施例1：
一种高熵硼化物纳米粉体，其制备方法包括以下步骤：
1)在真空手套箱内(充有氩气)将37.69g的LiCl和46.07g的KCl加入玛瑙研钵I中，研磨10min，再将1.60g的HfCl4粉、1.17g的ZrCl4粉、1.79g的TaCl5粉、1.35g的NbCl5粉和4.56g的NaBH4粉加入玛瑙研钵II中，研磨10min，再将玛瑙研钵I和玛瑙研钵II中的粉体混合，研磨10min，得到混合粉体；
2)将混合粉体转移至石墨坩埚中，盖上石墨盖后放入管式炉中，对管式炉进行抽真空处理使真空压力表数值达到-0.05MPa，保真空10min，观察真空表指示是否变化，如无变化则说明系统密封完好，此过程重复六次，再通入氩气至常压，再以3℃/min的升温速率将炉温从室温升至800℃，保温24h，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护，氩气的流量保持在80sccm，再将得到的产物依次用70℃的去离子水和无水乙醇分别洗涤1h，重复水洗和醇洗操作各3次，过滤，将滤得的固体置于干燥箱中40℃干燥2h，即得高熵硼化物纳米粉体。
经测试，制备得到的高熵硼化物纳米粉体为纯相，纯度高，形貌为颗粒状，平均粒径约为6nm，所有金属元素分布均匀。
实施例2：
一种高熵硼化物纳米粉体，其制备方法包括以下步骤：
1)在真空手套箱内(充有氩气)将43.36g的LiCl和57.44g的KCl加入玛瑙研钵I中，研磨20min，再将1.60g的HfCl4粉、1.17g的ZrCl4粉、1.79g的TaCl5粉、1.35g的NbCl5粉和5.29g的NaBH4粉加入玛瑙研钵II中，研磨20min，再将玛瑙研钵I和玛瑙研钵II中的粉体混合，研磨20min，得到混合粉体；
2)将混合粉体转移至石墨坩埚中，盖上石墨盖后放入管式炉中，对管式炉进行抽真空处理使真空压力表数值达到-0.05MPa，保真空10min，观察真空表指示是否变化，如无变化则说明系统密封完好，此过程重复六次，再通入氩气至常压，再以4℃/min的升温速率将炉温从室温升至850℃，保温30h，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护，氩气的流量保持在90sccm，再将得到的产物依次用80℃的去离子水和无水乙醇分别洗涤1.5h，重复水洗和醇洗操作各3次，过滤，将滤得的固体置于干燥箱中60℃干燥3.5h，即得高熵硼化物纳米粉体。
本实施例制备的高熵硼化物纳米粉体的X射线单晶衍射(XRD)图如图1所示，透射电镜(TEM)图和STEM-EDS能谱元素分布图如图2。
由图1可知：本实施例制备的高熵硼化物纳米粉体为纯相，不含其他杂质相。
由图2可知：本实施例制备的高熵硼化物纳米粉体为颗粒状，晶粒尺寸较小，平均粒径约为10nm，Hf、Zr、Ta和Nb四种组成元素均匀分布。
实施例3：
一种高熵硼化物纳米粉体，其制备方法包括以下步骤：
1)在真空手套箱内(充有氩气)将53.82g的LiCl和65.78g的KCl加入玛瑙研钵I中，研磨30min，再将1.60g的HfCl4粉、1.17g的ZrCl4粉、1.79g的TaCl5粉、1.35g的NbCl5粉和6.05g的NaBH4粉加入玛瑙研钵II中，研磨30min，再将玛瑙研钵I和玛瑙研钵II中的粉体混合，研磨30min，得到混合粉体；
2)将混合粉体转移至石墨坩埚中，盖上石墨盖后放入管式炉中，对管式炉进行抽真空处理使真空压力表数值达到-0.05MPa，保真空10min，观察真空表指示是否变化，如无变化则说明系统密封完好，此过程重复六次，再通入氩气至常压，再以5℃/min的升温速率将炉温从室温升至900℃，保温36h，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护，氩气的流量保持在100sccm，再将得到的产物依次用90℃的去离子水和无水乙醇分别洗涤2h，重复水洗和醇洗操作各3次，过滤，将滤得的固体置于干燥箱中80℃干燥5h，即得高熵硼化物纳米粉体。
经测试，制备得到的高熵硼化物纳米粉体为纯相，纯度高，形貌为颗粒状，平均粒径约为15nm，所有金属元素分布均匀。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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