CN105732043A - 一种熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法。本发明以氧化铪、蔗糖为原料，以NaCl、KCl、NaF为熔盐，干料充分混合后装入带盖的石墨坩埚中，将坩埚置于管式炉内在流动的氩气气氛下经低温碳热还原合成粉体，用去离子水洗除熔盐，离心分离出粉体，干燥后得到碳化铪陶瓷超细粉体。本发明方法简单，成本低，工艺条件易于控制。本发明所合成的碳化铪陶瓷粉体可用于制备超高温陶瓷结构部件和用于C/C复合材料的改性剂。

Description

一种熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及到一种碳化铪陶瓷粉体的合成方法。
背景技术
碳化铪（HfC）晶体具有高熔点（3890℃）、高硬度、高弹性系数、良好的电热传导性、较小的热膨胀系数和很好的冲击性能、稳定性好，耐化学腐蚀等优异性能，在切削工具和模具领域、航天领域、耐高温内衬、电弧或电解用电极等方面有重要应用。另外，在碳纳米管阴极表面蒸镀HfC薄膜可以很好地改善其场发射性能，在C/C复合材料中引入HfC可以提高其抗烧蚀性能。
目前，国内制备碳化铪粉体的相关报道主要以铪（Hf）粉、氧化铪（HfO2）为铪源，以炭黑等为碳源，经高温碳化或者其他方法制备出碳化铪粉体，其合成温度较高，产物还需经过破碎研磨才能得到碳化铪粉体，具体如下：
文章名为“Synthesisofultra-finehafniumcarbidepowderanditspressurelesssintering”（JournaloftheAmericanCeramicSociety，2010，93(4):980-986）的文献报道了一种碳化铪粉体的合成方法，以HfO2为铪源，分别以石墨和炭黑为碳源，在1600～1800℃合成HfC粉体。该方法所需温度较高，合成的碳化铪块体需要经过破碎研磨后才能得到碳化铪粉体。
专利名为“碳化铪粉体的制备”的中国专利（专利号：CN102225762A）提供了一种碳化铪的合成方法。其技术方案是将酚醛树脂与氧化铪制成泥料，40～100℃固化制粉后压制成块，在1300～1800℃氩气气氛下，保温6～8小时合成碳化铪块体，经过脱碳破碎后得到碳化铪粉体。
专利名为“一种碳化铪纳米粉体的制备方法”的中国专利（专利号：CN104671245A）提供了一种碳化铪粉体的合成方法。其技术方案是，首先制得含铪的凝胶，将凝胶置于管式炉内，800℃下氩气气氛下保温1-3h制得前驱体粉末，前驱体粉末经球磨后置于放电等离子体烧结炉内1500-1800℃保温3-10min，冷却后获得碳化铪粉体。
专利名为“一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法”的中国专利（专利号：CN103253669）提供了一种碳化铪粉体的制备方法。其技术方案是，将氧化铪溶于水或无水乙醇，经超声分散制得铪源溶液，碳源溶于溶剂倒入铪源溶液，然后将反应物置于石墨坩埚内，将石墨坩埚放置在管式炉中，氩气气体保护下升温至1200-1600℃，保温0.5-2小时，随炉冷却，经破碎后获得碳化铪粉体。
目前尚没有检索到以熔盐为介质，低温制备碳化铪粉体方面的文献与公开发明专利。
发明内容
本发明的目的正是供一种低成本、工艺简单、合成温度低，节约能源，易于规模化生产的熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明所述的熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法是以HfO2和蔗糖（可分解产生的具有纳米孔的高活性碳）为碳源，在熔盐介质中经碳热还原低温合成出碳化铪粉体，所述方法步骤如下：
（1）按HfO2:蔗糖的摩尔比为1:0.3～0.4进行称量，混合均匀得到混合料1；
（2）将熔盐NaCl、KC、KF按摩尔比1:1:0.1进行称量，混合均匀得到盐混合料2；
（3）将混合料1和盐混合料2按照重量比1:3～5称量，混合均匀得到混合粉3；
（4）将混合粉3置于带盖的石墨坩埚中，再将坩埚放入管式炉，通入流动的氩气作为保护气氛，升温到1250～1350℃保温2～6小时，冷却至室温后取出；将产物用去离子水洗去盐份，经离心分离出粉体，烘干制得碳化铪超细粉体，其粒径小于3微米。
本发明中所述HfO2粒度小于0.5μm，HfO2纯度大于99%（重量百分比）；蔗糖纯度大于99%（重量百分比）。
本发明的有益效果如下：
1、制备工艺简单，容易控制。
2、本发明利用熔盐法的优点，降低了合成温度，同时合成的碳化铪粉体粒度小。
3、该方法的优点在于：制备温度低、粉体纯度较高，所制备的粉体中，HfC相的质量百分比大于95％。
4、本发明制备的碳化铪粉体可应用于制备超高温陶瓷结构部件和C/C复合材料的改性剂。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例1
按HfO2粉：蔗糖的摩尔比为1:0.3进行称量，混合均匀得到混合料1；将熔盐NaCl、KCl、NaF按照摩尔比1:1:0.1称量，混合均匀得到盐混合料2；将混合料1和盐混合料2按照质量比1:3称量，混合均匀得到混合粉3；将混合粉3置于带盖的石墨坩埚，将坩埚放入管式炉中，在流动的氩气气氛下升温到1250℃保温6小时，冷却至室温后取出；将产物用去离子水洗去盐份，用离心机（10000转/min）将碳化铪粉从溶液中分离出来，在110℃下干燥8h即制得HfC粉体，其粒径小于3μm。
实施例2
按HfO2粉:蔗糖的摩尔比为1:0.36进行配比混合均匀得到混合料1；将熔盐NaCl、KCl、NaF按照摩尔比1:1:0.1称量，混合均匀得到盐混合料2；将混合料1和盐混合料2按照质量比1:5称量，混合均匀得到混合粉3；将混合粉3置于带盖的石墨坩埚，再将坩埚放入管式炉中，在流动的氩气气氛下升温到1350℃保温2小时，冷却至室温后取出；将产物用去离子水洗去盐份，用离心机（8000转/min）将碳化铪粉从溶液中分离出来，在110℃下干燥8h即制得HfC粉体，其粒径小于3μm。
实施例3
按HfO2粉：蔗糖的摩尔比为1:0.35进行配比混合均匀得到混合料1；将熔盐NaCl、KCl、NaF按照摩尔比1:1:0.1称量，混合均匀得到盐混合料2；将混合料1和盐混合料2按照质量比1:5称量，混合均匀得到混合粉3；将混合粉3置于带盖的石墨坩埚，再将坩埚放入管式炉中，在流动的氩气气氛下升温到1300℃保温4小时，冷却至室温后取出；将产物用去离子水洗去盐份，用离心机（11000转/min）将碳化铪粉从溶液中分离出来，在110℃下干燥8h即制得TaC超细粉体，其粒径小于3μm。
实施例4
按HfO2粉：蔗糖的摩尔比为1:0.4进行配比混合均匀得到混合料1；将熔盐NaCl、KCl、NaF按照摩尔比1:1:0.1称量，混合均匀得到盐混合料2；将混合料1和盐混合料2按照质量比1:4称量，混合均匀得到混合粉3；将混合粉3置于带盖的石墨坩埚，再将坩埚放入管式炉中，在流动的氩气气氛下升温到1280℃保温4小时，冷却至室温后取出；将产物用去离子水洗去盐份，用离心机（9000转/min）将碳化铪粉从溶液中分离出来，在110℃下干燥8h即制得TaC超细粉体，其粒径小于3μm。

Claims (2)

1.一种熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
（1）按HfO2:蔗糖的摩尔比为1:0.3～0.4进行称量，混合均匀得到混合料1；
（2）将熔盐NaCl、KC、KF按摩尔比1:1:0.1进行称量，混合均匀得到盐混合料2；
（3）将混合料1和盐混合料2按照重量比1:3～5称量，混合均匀得到混合粉3；
（4）将混合粉3置于带盖的石墨坩埚中，再将坩埚放入管式炉，通入流动的氩气作为保护气氛，升温到1250～1350℃保温2～6小时，冷却至室温后取出；将产物用去离子水洗去盐份，经离心分离出粉体，烘干制得碳化铪超细粉体，其粒径小于3微米。
2.根据权利要求书1所述的熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法，其特征在于：所述HfO2粒度小于0.5μm，HfO2纯度大于99%；蔗糖纯度大于99%。
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