CN103880425A - 一种Al3BC3粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Al3BC3粉体及其制备方法。其技术方案是：先将金属铝粉、碳化硼粉和石墨粉按摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨8~30小时，制得Al3BC3粉体。其中：球磨机中的球磨介质为碳化钨球；金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉中的Al含量≥99wt%；碳化硼粉的粒度为5~100μm，碳化硼粉中的B4C含量≥99wt%；石墨粉的粒度为5~100μm，石墨粉中的C含量≥99wt%。本发明制备工艺简单，成本低；所制得的微米或纳米级Al3BC3粉体材料的粒度为5nm~50μm，具有热震稳定性能好、强度高、低密度和低热膨胀系数等特点，可作为高温陶瓷和耐火材料制备的原材料。
Description
技术领域
本发明属于高温陶瓷和耐火材料技术领域。尤其涉及一种Al3BC3粉体及其制备方法。
背景技术
碳化物是一组熔点很高的材料，很多碳化物的熔点（或升华）都在3000℃以上，碳化物的抗氧化性较差，一般在红热温度即开始氧化，不过多数的抗氧化能力比高熔点的金属强，比石墨和碳略好一些。大多数碳化物都有良好的导电及导热性，同时很多碳化物具有很高的硬度，因而碳化物在工业制造中有着广泛的应用。
在Al-B-C体系中，大多数铝硼碳材料具有低密度、耐高温和高硬度的特性。其中，Al3BC3陶瓷具有一些优良的性能如密度较低、高弹性模量、高的抗氧化性能，是一种在1600℃高温下还能正常工作的结构陶瓷，在工程上有良好的应用前景，比如航空航天等领域。同时，Al3BC3也是一种优秀的含碳耐火材料用抗氧化剂，并具有良好的耐高温性能，在耐火材料领域也有广泛的用途。
目前，制造碳化物制品的原料多数都是经过人工制备的，碳化物原料的合成方法主要有如下三种途径：
(1) 金属与碳粉直接化合，反应温度因物而异，约在1200~2200℃；
(2) 金属与含碳气体在高温下相互作用；
(3) 金属氧化物与碳作用，也称碳还原法，是将金属氧化物与碳的混合物在电弧炉中熔融反应合成或在真空、氢气、惰性气体或其它还原性气氛中，在低于金属氧化物熔点温度下，通过碳还原金属氧化物并与之进行固相反应合成碳化物。
上述合成方法虽各有优点，但存在的共同缺点是制备碳化物的方法比较复杂、设备投资大和费用较高，如Al3BC3的合成方法主要有无压烧结法、真空加热法和放热等离子加热等方法，制备工艺包括原料混合、成型、干燥和烧结等工序，所需的合成温度在1600℃以上甚至更高温度，不仅对高温合成设备的投入较大，而且制备周期较长。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和成本较低的Al3BC3粉体的制备方法，用该方法制备的Al3BC3粉体材料热震稳定性能好、强度高、密度低和热膨胀系数小，能作为高温陶瓷和耐火材料制备的原材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先按金属铝粉︰碳化硼粉︰石墨粉的摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨8~30小时，制得Al3BC3粉体。
球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
所述金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉的Al含量≥99wt%。
所述碳化硼粉的粒度为5~100μm，碳化硼粉的B4C含量≥99wt%。
所述石墨粉的粒度为5~100μm，石墨粉的C含量≥99wt%。
由于采用上述技术方案，本发明通过粉末和球磨介质之间长时间的冲击、碰撞和破碎，使粉末颗粒反复产生冷焊和断裂，导致粉体颗粒细化、原子扩散、新生表面活性增大和表面自由能降低，从而降低了原料粉体之间反应的温度，极大促进化学反应进程。
本发明相对现有的高压高温合成碳化物的方法，制备工艺简单，成本低。本发明能制备微米或纳米级Al3BC3粉体，其粒度为5nm~50μm，具有热震稳定性能好、强度高、密度低和热膨胀系数小等特点，可作为高温陶瓷和耐火材料制备的原材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉的Al含量≥99wt%；
所述金属碳化硼粉的粒度为5~100μm，碳化硼粉的B4C含量≥99wt%；
所述石墨粉的粒度为5~100μm，石墨粉的C含量≥99wt%；
球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
实施例1
一种Al3BC3粉体及其制备方法。先按金属铝粉︰碳化硼粉︰石墨粉的摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨8~12小时，制得Al3BC3粉体。
本实施例所制备的Al3BC3粉体的粒度为20μm ~50μm。
实施例2
一种Al3BC3粉体及其制备方法。先按金属铝粉︰碳化硼粉︰石墨粉的摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨12~16小时，制得Al3BC3粉体。
本实施例所制备的Al3BC3粉体的粒度为5μm ~20μm。
实施例3
一种Al3BC3粉体及其制备方法。先按金属铝粉︰碳化硼粉︰石墨粉的摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨16~20小时，制得Al3BC3粉体。
本实施例所制备的Al3BC3粉体的粒度为200nm~5μm。
实施例4
一种Al3BC3粉体及其制备方法。先按金属铝粉︰碳化硼粉︰石墨粉的摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨20~25小时，制得Al3BC3粉体。
本实施例所制备的Al3BC3粉体的粒度为50nm~200nm。
实施例5
一种Al3BC3粉体及其制备方法。先按金属铝粉︰碳化硼粉︰石墨粉的摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨25~30小时，制得Al3BC3粉体。
本实施例所制备的Al3BC3粉体的粒度为5nm~50nm。
本具体实施方式通过粉末和球磨介质之间长时间的冲击、碰撞和破碎，使粉末颗粒反复产生冷焊和断裂，导致粉体颗粒细化、原子扩散、新生表面活性增大和表面自由能降低，从而降低了原料粉体之间反应的温度，极大促进化学反应进程，使得Al3BC3粉体的合成温度和制备时间都显著降低。
本具体实施方式相对现有的高压高温合成碳化物的方法，制备工艺简单，成本低，能制备微米或纳米级Al3BC3粉体。所制备的Al3BC3粉体的粒度为5nm~50μm，具有热震稳定性能好、强度高、低密度和低热膨胀系数等特点，作为高温陶瓷和耐火材料制备的原材料。
Claims (5)
1.一种Al3BC3粉体的制备方法，
其技术方案是：先按金属铝粉︰碳化硼粉︰石墨粉的摩尔比为3︰0.25︰2.75进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨8~30小时，制得Al3BC3粉体；
球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
2.根据权利要求1所述Al3BC3粉体的制备方法，其特征在于所述金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉的Al含量≥99wt%。
3.根据权利要求1所述Al3BC3粉体的制备方法，其特征在于所述碳化硼粉的粒度为5~100μm，碳化硼粉的B4C含量≥99wt%。
4.根据权利要求1所述Al3BC3粉体的制备方法，其特征在于所述石墨粉的粒度为5~100μm，石墨粉的C含量≥99wt%。
5.一种Al3BC3粉体，其特征在于所述Al3BC3粉体是根据权利要求1~4项中任一项所述的Al3BC3粉体的制备方法所制备的Al3BC3粉体。
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