CN105777128A - 一种熔盐辅助镁热还原低温合成碳化铪陶瓷粉体的方法 - Google Patents

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李韦
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Abstract

本发明涉及一种熔盐辅助镁热还原低温合成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，以镁粉为还原剂，将原料干混合均匀后装入带盖的石墨坩埚内，置于管式炉内在流动的氩气气氛下低温合成超细碳化铪粉体。本发明方法简单，成本低，工艺条件易于控制。本发明所制备的碳化铪粉体可用于制备超高温陶瓷结构部件和C/C复合材料的改性剂。

Description

一种熔盐辅助镁热还原低温合成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，具体涉及到一种熔盐辅助镁热还原低温合成碳化铪陶瓷粉体的方法。
背景技术
碳化铪（HfC）晶体具有非常高的熔点（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、固相稳定性好和耐化学腐蚀等特性，可用于硬质合金的添加剂在切削工具和模具领域已得到广泛应用。HfC在航天领域、耐高温内衬、电弧或电解用电极方面也有重要应用。另外，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，制备的粉体粒度较大，产物还需经过破碎研磨才能得到碳化铪粉体。
利用反应物在熔盐液相介质中具有更快的扩散速度，同时在反应过程中熔融盐阻止了颗粒之间的相互连接,限制了晶体的长大，使得制备的粉体粒径较小，且粉体的分散性好。因此熔盐法不仅降低了合成温度，并且有利于制备不团聚的超细陶瓷粉体。
目前尚没有检索到以熔盐为介质，以Mg粉为还原剂低温制备碳化铪陶瓷粉体方面的文献与公开发明专利。
发明内容
本发明的目的正是提供一种具有设备简单、工艺简便、粉体粒径小、节约能源、易于规模化生产等特点的一种熔盐辅助镁热还原低温合成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镁热还原低温合成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）为原料，在熔盐介质中经镁热还原低温合成出碳化铪粉体，反应方程式为：
HfO2+2Mg+C=HfC+2MgO
MgO+2HCl=MgCl2+H2O
本发明所述方法步骤如下：
（1）按HfO2：Mg粉：蔗糖的摩尔比为1:2～2.2:0.15进行配比，混合均匀得到混合料1；其中所述Mg粉为还原剂；
（2）将熔盐NaCl、KCl、KF按摩尔比1:1:0.1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按照质量比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1150～1300℃，保温1～6小时,冷却至室温后取出；将产物置于含有1～2mol/L盐酸溶液中浸泡去除反应生成的MgO杂质，盐酸溶液中浸泡去除反应生成的MgO杂质，然后用去离子水清洗去除熔盐,经离心分离出粉体，烘干即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）；镁粉粒度小于0.074mm,纯度大于98.5%（重量百分比）。
本发明的有益效果如下：
1、制备工艺简单，无需复杂的工艺设备和工艺过程。
2、本发明利用熔盐法的优点，采用金属Mg粉为还原剂，不仅降低了合成温度，同时合成的碳化铪粉体粒度较小。
3、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：Mg粉：蔗糖的摩尔比为1:2:0.15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1:3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内,再将坩埚放入管式炉中,在流动的氩气气氛中升温到1150℃,保温6小时,冷却至室温后取出；将产物置于含有1mol/L盐酸溶液内磁力搅6h,然后用去离子水清洗去除熔盐,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即制得碳化铪粉体，其粒径小于3μm。
实施例2
按HfO2粉：Mg粉：蔗糖的摩尔比为1:2.2:0.15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内,再将坩埚放入管式炉中,在流动的氩气气氛中升温到1300℃,保温3小时,冷却至室温后取出；将产物置于含有2mol/L盐酸溶液内磁力搅4h,然后用去离子水清洗去除熔盐,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即制得碳化铪陶瓷粉体，其粒径小于3μm。
实施例3
按HfO2粉：Mg粉：蔗糖的摩尔比为1:2.1:0.15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,在流动的氩气气氛中升温到1250℃,保温1小时,冷却至室温后取出；将产物置于含有1mol/L盐酸溶液内磁力搅5h,然后用去离子水清洗去除熔盐,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即制得碳化铪陶瓷粉体，其粒径小于3μm。
实施例4
按HfO2粉：Mg粉：蔗糖的摩尔比为1:2.2:0.15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内,再将坩埚放入管式炉中,在流动的氩气气氛中升温到1200℃保温5小时,冷却至室温后取出。将产物置于含有2mol/L盐酸溶液内磁力搅8h,然后用去离子水清洗去除熔盐用离心机（10000转/min）将碳化铪粉从溶液中分离出来，在110℃下干燥8h即制得碳化铪陶瓷粉体，其粒径小于3μm。

Claims (2)

1.一种熔盐辅助镁热还原低温合成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：Mg粉：蔗糖的摩尔比为1:2～2.2:0.15进行配比混合均匀得到混合料1；其中所述Mg粉为还原剂；
（2）将熔盐NaCl、KCl、KF按摩尔比1:1:0.1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按照质量比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1150～1300℃，保温1～6小时,冷却至室温后取出；将产物置于含有1～2mol/L盐酸溶液中浸泡去除反应生成的MgO杂质，然后用去离子水清洗去除熔盐,经离心分离出粉体，烘干即制得碳化铪超细粉体，其粒径小于3微米。
2.根据权利要求1所述的熔盐辅助镁热还原低温合成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%；镁粉粒度小于0.074mm,纯度大于98.5%。
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