CN102050628A - 一种制备超细二硼化锆粉体的方法 - Google Patents

一种制备超细二硼化锆粉体的方法 Download PDF

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甄强
高林
李榕
孙凌云
马杰
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Abstract

本发明涉及一种制备超细二硼化锆粉体的方法，属于陶瓷材料技术领域。该方法是：将原料按照一定的摩尔比配料：ZrO2:B2O3:B4C:C12H22O11=3:2～4:1～3:1，加入酒精充分研磨，干燥，将混合料压制成坯体。将坯体放入石墨或者刚玉坩埚中，坯体周围包埋分析纯的活性炭，放入高温电炉中，在流动的高纯氩气保护下进行反应合成，合成温度为1450～1550℃，保温1～6小时。随炉冷却之后，将坯体取出，充分研磨至超细粉体。本发明采用的原料成本低，设备与操作流程简单。经XRD分析，仅有二硼化锆物相，二硼化锆平均晶粒尺寸小于100nm，SEM观察结果表明平均颗粒尺寸小于500nm。

Description

一种制备超细二硼化锆粉体的方法
技术领域
本发明涉及一种制备超细二硼化锆粉体的方法，属于陶瓷材料技术领域。
背景技术
二硼化锆具有陶瓷和金属的双重特性，因具有高熔点、高强度、高硬度、导电导热性好、良好的阻燃性、耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性、捕集中子等特点，在高温结构陶瓷材料、复合材料、电极材料、薄膜材料、耐火材料、核控制材料等领域得到了重要应用。
目前，二硼化锆粉体的制备方法主要有：直接合成法、还原剂还原法、电解氧化物法、自蔓延高温合成法、气相法和机械合成法等。直接合成法用的金属锆和单质硼原料比较昂贵，且合成的粉末粒度大，活性低，不利于粉末烧结与加工处理，同时合成环境温度高、能耗大。通过电解含锆金属氧化物和三氧化二硼的熔融盐浴法，再经过处理可以得到ZrB2粉末，此方法操作比较的简单，适合规模化生产，但是在反应过程中容易引入杂质，导致产物的纯度不高，而且三氧化二硼在高温下容易汽化，导致硼元素的损耗大。气相法制备的多为ZrB2薄膜和涂层，目前有等离子涂层法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子增强CVD法、RPECVD法、激光CVD法等。自蔓延高温合成法方法简单、反应速度快、时间短、能耗小、合成粉末活性高，有利于后期的烧结与加工，但由于其反应速度太快，反应不易完全彻底，杂相较多，反应过程不易控制。机械合成法是通过对氧化锆、氧化硼、金属铝或者金属镁长时间机械球磨来制备ZrB2的方法，该方法不仅能耗大，而且很容易带入杂质，杂质去除困难。传统的碳热还原法在H2气氛中需要加热到1800℃，或者在真空条件下加热到1700～1800℃，产物的颗粒尺寸粗大，杂质去除困难。
本发明的制备方法使用的初始原料颗粒小，混合均匀，加热温度较低，所以，此方法制备的超细二硼化锆粉体的纯度高且颗粒尺寸小，制备流程比较简单，原料的成本低，易于规模化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种以纳米尺寸的二氧化锆粉体，易溶解于酒精的三氧化二硼和蔗糖作为主要原料，有利于原料的充分混合，加入碳化硼，补充硼源，采用简单的设备与操作流程来制备超细二硼化锆粉体的方法。
本发明的目的是通过下述方案达到的。
本发明的一种制备超细二硼化锆粉体的方法，该方法包括如下步骤。
A． 采用了纳米尺寸的二氧化锆粉体、易溶解于酒精的三氧化二硼和蔗糖作为主要原料，有利于原料的充分混合，加入碳化硼，补充硼源。将原料按照一定的摩尔比配料：Zr02:B2O3:B4C:C12H22O11=3:2～4:1～3:1，加入酒精充分研磨，干燥，将混合料压制成坯体；
B． 将坯体放入石墨或者刚玉坩埚中，坯体周围包埋分析纯的活性炭，放入高温电炉中，在流动的高纯氩气保护下进行反应合成，合成温度为1450～1550℃，保温1～6小时。随炉冷却之后，将坯体取出，充分研磨至超细粉体。
本发明中的反应机理如下所述：
26 ZrO2 + 6 B2O3 +10 B4C +5 C12H22O11 = 26 ZrB2 +70 CO(g) +55 H2O(g)，所述的超细二硼化锆粉体是指粒度在微米以下的二硼化锆粉体。
本方法制备的超细二硼化锆，经XRD分析，仅有二硼化锆物相，二硼化锆平均晶粒尺寸小于100nm。SEM观察结果表明平均颗粒尺寸小于500nm。
本发明的特点是：1）原料成本低：采用的纳米尺寸的二氧化锆粉体、易溶解于酒精的三氧化二硼和蔗糖，都是非常常见且易获得的。2）反应机理简单：26 ZrO2 + 6 B2O3 +10 B4C +5 C12H22O11 = 26 ZrB2 +70 CO(g) +55 H2O(g)。3）设备与操作流程简单：采用可控气氛的高温电炉，包埋活性炭，在流动的高纯氩气保护下反应合成。4）合成粉体的纯度较高，粒度较小。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例提供一种制备超细二硼化锆粉体的方法，其具体制备步骤如下：
A.     将原料按照一定的摩尔比配料：Zr02:B2O3:B4C:C12H22O11=3:4:2:1，其中Zr02为纳米尺寸的二氧化锆粉体，加入酒精充分研磨，干燥，将混合料压制成坯体。
B.     将坯体放入刚玉坩埚中，坯体周围包埋分析纯的活性炭，放入高温电炉中，在流动的高纯氩气保护下进行反应合成，合成温度为1500℃，保温3小时。随炉冷却之后，将坯体取出，充分研磨至超细粉体。
本方法制备的超细二硼化锆，经XRD分析，仅有二硼化锆物相，二硼化锆平均晶粒尺寸小于100nm，SEM观察结果表明平均颗粒尺寸小于500nm。

Claims (1)

1.一种制备超细二硼化锆粉体的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A. 按照摩尔比为Zr02:B2O3:B4C:C12H22O11=3:2～4:1～3:1进行配料，其中Zr02为纳米尺寸的二氧化锆粉体，加入酒精充分研磨，干燥，将混合料压制成坯体；
B. 将坯体放入石墨或者刚玉坩埚中，坯体周围包埋分析纯的活性炭，放入高温电炉中，在流动的高纯氩气保护下进行反应合成，合成温度为1450～1550℃，保温1～6小时，随炉冷却之后，将坯体取出，充分研磨至超细粉体。
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