CN101774807A - 一种碳化锆微粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化锆微粉的制备方法，依次包括以下步骤：1)以粒径为0.1～1μm的竹炭微粉作为碳源，以二氧化锆溶胶作为锆源；2)室温下，将竹炭微粉、分散剂、催化剂分别加入到二氧化锆溶胶中，搅拌0.5～4小时，然后于100～200℃烘干，研磨成粉，得碳化锆前驱体；3)将碳化锆前驱体置于真空烧结炉中，在1600～2200℃下加热1～10小时；冷却后，即得碳化锆微粉。采用本发明的方法制备而得的碳化锆微粉具有粒径均匀可控的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化锆粉体，尤其是以竹炭微粉为碳源，锆溶胶为锆源的碳化微粉及其制备方法。
背景技术
ZrC作为一种新型的精细陶瓷原料，其众多的优异性能引起了人们的广泛关注。ZrC具有超高硬度、高耐磨性和优良的高温稳定性能，作为强化相能够直接阻止位错的移动或稳定晶界和亚晶界，限制可移动位错的滑移或攀移，因而能够提高材料磨损抗力和强度；尤其能提高材料高温蠕变抗力。而且ZrC具有高效吸收可见光、反射红外线的特性，是理想的吸热、蓄热材料。然而ZrC高昂的价格大大限制了其应用。
目前，制备ZrC的主要方法有：机械合金法、化学气相法、原位合成法、燃烧合成法和碳热还原反应法等。其中传统的碳热还原反应法由于氧化锆和碳粉混合方式简单，制得的粉末粒径较大(一般为几个微米以上)，且难以控制。此外，所用设备复杂、反应温度高、所得粉末粒径大、烧结性能较差。其他制备ZrC的方法亦难以有效的制备细小、粒径可控的粉体。为此，Mickael Dolle曾用溶胶-凝胶方法对传统的碳热还原反应做过一些改进，选择含有高反应活性的氧化锆粒子作为锆源，但由于在碳源的选择上仍然利用了蔗糖这类高分子原料，使得反应过于复杂、产率偏低(产率仅为20％～30％)、有害衍生物残留、氧污染严重，影响了这类方法的推广应用。
有关碳化锆粉体制备的专利较多，如CN101357762A、CN101367520A、US2002197200、EP2021123(A1)、US2007166546。但这些多采用碳氢化合物、碳粉为碳源，以竹炭为碳源合成碳化锆还未见报道。
目前，竹炭的开发利用尚处于初级阶段，仅仅局限于其丰富的孔道结构、较高的比表面积和优异的吸附性能，而其较高的碳含量、非定型结构及其中的微量元素都可以充分利用，另辟蹊径，从而能更好、更全面地发展竹炭工业。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、原材料成本低廉、收率高的碳化锆微粉的制备方法，所得的碳化锆微粉粒径均匀可控。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种碳化锆微粉的制备方法，依次包括以下步骤：
1)、以粒径为0.1～1um的竹炭微粉作为碳源，以二氧化锆溶胶作为锆源；
2)、室温下，将竹炭微粉、分散剂、催化剂分别加入到二氧化锆溶胶中，搅拌0.5～4小时，然后于100～200℃烘干，研磨成粉，即得碳化锆前驱体；竹炭微粉与二氧化锆的摩尔比为2.8～3.2∶1，分散剂与二氧化锆的摩尔比为0.04～0.06∶1，催化剂与二氧化锆的摩尔比为0.08～0.12∶1；
3)、将碳化锆前驱体置于真空烧结炉中，在1600～2200℃下加热1～10小时；冷却后，即得碳化锆微粉。
作为本发明的碳化锆微粉的制备方法的改进：分散剂为羟丙基纤维素或卡莫氟；催化剂为双氧水。
在本发明中，二氧化锆溶胶可按照2006年7月发表在《机械工程材料》“锆溶胶的制备、稳定及氧化锆粉体的特性”(2006，30(7)：72-75)进行制备。二氧化锆溶胶的固相含量为5％～30％。
本发明的发明人充分利用了竹炭具有高的比表面积(300～1000m2/g)和高的碳含量(＞90％)的特性，将其作为合成碳化锆的碳源。
本发明的碳化锆微粉的制备方法，克服了现有碳化锆粉体制备工艺复杂、粒径难控等缺陷，本发明采用了溶胶凝胶法结合机械混合或超声震荡方法来制备碳化锆微粉，所得的碳化锆微粉不仅纯度高(达99％以上)，且粒径均匀可控(粉体粒径可为0.5～1um)，使用时无需后续处理。本发明的制备方法，制备工艺简单，原材料成本低廉，收率能达到50％以上，所得碳化锆微粉可作为原材料或增强相广泛应用于陶瓷等领域。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详述。
实施例1、一种碳化锆微粉的制备方法，依次进行以下步骤：
1)、将质量比为1∶1的无水乙醇和去离子水组成的混合溶液加入ZrOCl2.8H2O中，配制成Zr2+浓度为1mol/L的透明溶液，再加入H2O2，H2O2与ZrOCl2.8H20的摩尔比为5，搅拌0.5小时，充分反应后，缓慢滴加1.5mol/L的氨水(调节pH为4)，并快速搅拌，逐渐形成透明的溶胶，即二氧化锆溶胶；
2)室温下，将平均粒径为0.1um的竹炭微粉、羟丙基纤维素、双氧水加入到上述步骤1)所得的二氧化锆溶胶中，搅拌0.5小时，置于100℃烘箱中烘干，研磨成粉状物，即得碳化锆前驱体；竹炭微粉、羟丙基纤维素、双氧水与二氧化锆的摩尔比为3∶0.05∶0.1∶1；
3)、将碳化锆前驱体置于真空烧结炉中，在1600℃下加热10小时，冷却后，取出，即得碳化锆微粉。所得碳化锆微粉纯度达99％以上，平均粒径为0.1～0.5um，收率为55％。
实施例2、一种碳化锆微粉的制备方法，依次进行以下步骤：
1)、同实施例1；
2)、室温下，将平均粒径为0.5um的竹炭微粉、羟丙基纤维素、双氧水加入到上述步骤1)所得的二氧化锆溶胶中，搅拌2小时，置于150℃烘箱中烘干，研磨成粉，即为碳化锆前驱体；竹炭微粉、羟丙基纤维素、双氧水与二氧化锆的摩尔比为3∶0.05∶0.1∶1；
3)、将碳化锆前驱体置于真空烧结炉中，在1800℃下加热5小时，冷却后，取出，即得碳化锆微粉。所得粉体纯度达99％以上，平均粒径为0.3～1.0um，收率为56％。
实施例3、一种碳化锆微粉的制备方法，依次进行以下步骤：
1)、同实施例1；
2)、室温下，将平均粒径为1um的竹炭微粉、羟丙基纤维素、双氧水加入到上述步骤1)所得的二氧化锆溶胶中，搅拌4小时，置于200℃烘箱中烘干，研磨成粉，即为碳化锆前驱体；竹炭微粉、羟丙基纤维素、双氧水与二氧化锆的摩尔比为3∶0.05∶0.1∶1；
3)、将碳化锆前驱体置于真空烧结炉中，在2200℃下加热1小时，冷却后，取出，即得碳化锆微粉。所得粉体纯度达99％以上，平均粒径为0.8～2.0um，收率为54％。
实施例4、一种碳化锆微粉的制备方法，以卡莫氟替代实施例1中的羟丙基纤维素，其余完全同实施例1。所得粉体纯度达99％以上，平均粒径为1.0～1.5um，收率为55％。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种碳化锆微粉的制备方法，其特征是依次包括以下步骤：
1)、以粒径为0.1～1um的竹炭微粉作为碳源，以二氧化锆溶胶作为锆源；
2)、室温下，将竹炭微粉、分散剂、催化剂分别加入到二氧化锆溶胶中，搅拌0.5～4小时，然后于100～200℃烘干，研磨成粉，得碳化锆前驱体；所述竹炭微粉与二氧化锆的摩尔比为2.8～3.2∶1，分散剂与二氧化锆的摩尔比为0.04～0.06∶1，催化剂与二氧化锆的摩尔比为0.08～0.12∶1；
3)、将碳化锆前驱体置于真空烧结炉中，在1600～2200℃下加热1～10小时；冷却后，即得碳化锆微粉。
2.根据权利要求1所述的碳化锆微粉的制备方法，其特征是：所述分散剂为羟丙基纤维素或卡莫氟；催化剂为双氧水。
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