CN101704677A - 高能球磨合金化法合成制备二硼化钛陶瓷微粉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高能球磨合金化合成制备二硼化钛陶瓷微粉的方法：以粒度均小于100目，纯度均大于99％的TiO2粉、B2O3粉和Mg粉为原料，将TiO2粉、B2O3粉和Mg粉按1∶1∶5(mole)进行配比混合后在室温下以1000～2000转/分的转速进行高能球磨3～15小时；随后，采用浓度为1～3mol/1的盐酸在20～80℃的温度下对混合粉末进行2～15h酸洗，烘干后获得高纯的TiB2粉末，平均粒径为1～5μm。本发明具有不需粉碎，工艺简单、生产成本低、产品产量和质量高等优点。
Description
技术领域
本发明属于新型陶瓷粉末材料制备技术领域，提供了一种以TiO2粉、B2O3粉和Mg粉为原料，室温下采用高能球磨合金化制备二硼化钛微粉陶瓷材料的方法。
背景技术
二硼化钛分子式TiB2，是一种新型陶瓷材料，具有比氧化物陶瓷、碳化物陶瓷更优异的理化性能，包括：高熔点(3253℃)、低密度(4.52g/cm3)、高硬度(HV＝34GPa)、极好的化学稳定性和优良的导热、导电、耐磨、抗高温氧化(能抗1100℃以下的氧化)等性能，其制品还具有较高的强度和韧性，故二硼化钛兼有结构陶瓷和功能陶瓷双重用途。目前，二硼化钛的应用领域包括：1)导电陶瓷材料，是真空镀膜导电蒸发舟的主要原料之一；2)陶瓷切削刀具及模具，可制造精加工刀具、拉丝模、挤压模、喷砂嘴、密封元件等；3)复合陶瓷材料，可作为多元复合材料的重要组元，与TiC，TiN，SiC等材料组成复合材料，制作各种耐高温部件及功能部件，如高温坩埚、引擎部件等，也是制作装甲防护材料的最好材料之一；4)铝电解槽阴极涂层材料，由于TiB2与金属铝液良好的润湿性，用TiB2作为铝电解槽阴极涂层材料，可以使铝电解槽的耗电量降低，电解槽寿命延长；5)制作成PTC发热陶瓷材料和柔性PTC材料，具有安全、省电、可靠、易加工成型等特点，是各类电热材料的一种更新换代的高科技产品；6)是Al、Fe、Cu等金属材料很好的强化剂；7)可作为金属基表面耐高温、抗腐蚀涂层材料。但是，高纯TiB2的制备较为困难，导致其价格昂贵，严格限制了该材料的大规模开发和应用。
TiB2粉末的传统制备工艺为：将钛或氧化钛与氧化硼或碳化硼以及碳的混合物进行高温碳化还原，工艺生产装置复杂、反应温度高、时间长、能耗巨大，且获得的二硼化钛晶粒粗大、含硼量低、产品纯度差。
中国专利CN105533A报道了1450～1700℃下基于活性炭为还原剂、五硼酸铵为硼源及二氧化钛为钛源的二硼化钛陶瓷粉末炭还原合成方法，产品粒度10μm左右，较为粗大，且合成温度高，反应时间长。
中国专利CN1341576A报道了另一种自蔓延高温合成还原法制备TiB2陶瓷微粉的方法，将TiO2、B2O3和金属Mg粉末均匀混合并模压成型，然后在常温常压下置于氩气保护的自蔓延高温合成装置中，点火燃烧，燃烧产物经破碎、酸洗后得到TiB2陶瓷微粉，平均粒径为5μm左右，但制备过程仍然较长、较复杂。
高能球磨(high-energy ball milling)合金化法是利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，已成为制备超细材料和新材料的一种重要途径。作为一种新技术，高能球磨合金化法具有明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性和改善颗粒分布均匀性及增强体与基体之间界面的结合，促进固态离子扩散，诱发低温化学反应，从而提高了材料的密实度、电、热学等性能，是一种节能、高效的材料制备技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种室温下采用高能球磨合金化制备二硼化钛微粉陶瓷材料的方法，缩短工艺路线，降低生产成本，提高产品质量。
本发明制备二硼化钛微粉陶瓷材料的技术方案是：以粒度均小于100目，纯度均大于99％的TiO2粉、B2O3粉和Mg粉为原料，TiO2粉、B2O3粉和Mg粉按1∶1∶5(mole)的比例进行配比混合，然后把球料比为10∶1～100∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的10～50％，然后在室温下以1000～2000转/分的转速进行高能球磨3～15小时，使之在球磨过程中发生合金化、晶粒细化和颗粒细化，形成TiB2和MgO混合微粉陶瓷材料；随后，采用浓度为1～3mol/l的盐酸在20～80℃的温度下对混合粉末进行2～15h酸洗，烘干后获得高纯的TiB2粉末，平均粒径为1～5μm。本发明系简单的高能球磨方法，不加过程控制剂，使TiO2粉、B2O3粉和Mg粉在室温下反应合成制备TiB2微粉陶瓷材料，具有不需粉碎，工艺简单、生产成本低、产品产量和质量高等优点。通过对高能球磨合金化和酸洗工艺参数的控制，利用TiO2粉、B2O3粉和Mg粉在室温下反应合成制备TiB2微粉陶瓷材料，缩短工艺路线，降低生产成本，提高产品质量，以实现TiB2陶瓷材料的大规模广泛应用。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1：以粒度均为150目，纯度均为99.9％的TiO2粉、B2O3粉和Mg粉为原料，TiO2粉、B2O3粉和Mg粉按1∶1∶5的摩尔比进行配比混合，然后把球料比为20∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的15％，然后在室温下以1000转/分的转速进行高能球磨3小时，形成TiB2和MgO混合微粉陶瓷材料；随后，采用浓度为3mol/l的盐酸在30℃的温度下对混合粉末(混合微粉陶瓷材料)进行12h酸洗，烘干后获得高纯的TiB2粉末，平均粒径为4.5μm。
实施例2：以粒度均为200目，纯度均为99.9％的TiO2粉、B2O3粉和Mg粉为原料，TiO2粉、B2O3粉和Mg粉按1∶1∶5(mole)的比例进行配比混合，然后把球料比为40∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的25％，然后在室温下以1500转/分的转速进行高能球磨6小时，形成TiB2和MgO混合微粉陶瓷材料；随后，采用浓度为2mol/l的盐酸在55℃的温度下对混合粉末进行9h酸洗，烘干后获得高纯的TiB2粉末，平均粒径为3μm。
实施例3：以粒度均为300目，纯度均为99.9％的TiO2粉、B2O3粉和Mg粉为原料，TiO2粉、B2O3粉和Mg粉按1∶1∶5(mole)的比例进行配比混合，然后把球料比为80∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的35％，然后在室温下以2000转/分的转速进行高能球磨12小时，形成TiB2和MgO混合微粉陶瓷材料；随后，采用浓度为1mol/l的盐酸在75℃的温度下对混合微粉陶瓷材料进行3h酸洗，烘干后获得高纯的TiB2粉末，平均粒径为1.5μm。
Claims (2)
1.一种高能球磨合金化法合成制备二硼化钛陶瓷微粉的方法，其特征在于：以粒度均小于100目，纯度均大于99％的TiO2粉、B2O3粉和Mg粉为原料，TiO2粉、B2O3粉和Mg粉按1∶1∶5的摩尔比进行配比混合，然后把球料比为10∶1～100∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的10～50％，然后在室温下以1000～2000转/分的转速进行高能球磨3～15小时，形成TiB2和MgO混合微粉陶瓷材料；随后，采用浓度为1～3mol/l的盐酸在20～80℃的温度下对混合微粉陶瓷材料进行2～15h酸洗，烘干后获得高纯的TiB2粉末。
2.根据权利要求1所述的一种高能球磨合金化法合成制备二硼化钛陶瓷微粉的方法，其特征在于：所述的TiB2粉末的平均粒径为1～5μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100512 |