CN108383530B - 一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺 - Google Patents

一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种ZrB2‑SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，以八水氧氯化锆，硼酸，正硅酸乙酯，葡萄糖为起始原料，以无水乙醇和去离子水为溶剂。原料物质的量比为：硼酸：八水氧氯化锆：正硅酸乙酯＝100：9‑20：18‑60，碳源过量。分别配制锆前驱体溶液，硼酸溶液、正硅酸乙酯溶液以及葡萄糖溶液，将各溶液混合均匀得到硼硅锆前驱体溶液；将硼硅锆前驱体溶液烘干后，在氩气气氛保护下，1450‑1600℃热处理1‑2h，得到ZrB2‑SiC陶瓷粉体。本发明具有工艺简单，周期短，能耗低，成本低的特点，所得到的陶瓷相粒度均匀、活性高，且无杂质相。

Description

一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，涉及一种超高温陶瓷原料粉体的制备方法，特别涉及一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺。
背景技术
ZrB2陶瓷具有高比强度、高熔点、高比模量，以及优异的抗氧化、抗烧蚀和热化学稳定性好等特点，是一种性能优异的超高温陶瓷材料。研究表明，在 ZrB2陶瓷中引入SiC不仅可以显著改善ZrB2的烧结性能，而且制备的ZrB2-SiC 复相陶瓷具备更加优异的抗氧化和高温力学性能。
目前ZrB2-SiC陶瓷粉体传统的制备方法主要有：(1)机械球磨法，即将 ZrB2和SiC粉体直接物理混合，这种方法制得的复合粉体分散性较差，进而会降低最终陶瓷材料的使用性能；(2)氧化物硼热/碳热还原法，此种方法虽然成本较低，工艺简单，但最终反应产物中杂质相较多；(3)高温自蔓延合成法，该方法虽然能够快速合成ZrB2-SiC复合粉体，但是所得产物晶粒缺陷较多，且反应过程难以控制；(4)熔盐法虽然可以在相对较低的温度下合成ZrB2-SiC复合粉体，但是产物中杂质相的含量较多，反应难以完全进行。而且，目前常用的制备ZrB2-SiC复合粉体的方法采用的原料大都价格昂贵。
发明内容
为了克服上述现有技术制备成本高、粉体分散性差、产物杂质含量高等缺点，本发明的目的在于提供一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，其原料简单易得、工艺简单、热解温度低、产物纯净。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，以八水氧氯化锆、硼酸、正硅酸乙酯、葡萄糖为起始原料，以无水乙醇和去离子水为溶剂，在持续磁力搅拌的情况下，将氧氯化锆溶于无水乙醇中，配制得到锆前驱体溶液；将硼酸溶于无水乙醇中，配制硼酸溶液；将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中配制正硅酸乙酯溶液；将葡萄糖溶于去离子水，制得葡萄糖溶液；在持续磁力搅拌的情况下，依次将正硅酸乙酯溶液、硼酸溶液、葡萄糖溶液加入到锆前驱体溶液中，制得硼硅锆前驱体溶液，将硼硅锆前驱体溶液烘干后放置于石墨坩埚中，在氩气气氛保护下，在1450-1600℃热处理1-2h，得到ZrB2-SiC陶瓷粉体。
各原料的物质量比为：硼酸：八水氧氯化锆：正硅酸乙酯＝100：9-20：18-60，葡萄糖过量。
所述锆前驱体溶液配制过程中，滴加少量双氧水、乙酰丙酮，配制成均一透明的溶液，即锆前驱体溶液。
所述硼酸溶液配制过程中，将硼酸溶于无水乙醇中，在一定温度下水浴加热至完全溶解，得到硼酸溶液。
与现有技术相比，本发明将可溶性锆源、硅源和碳源在分子水平上均匀混合，缩短了反应时间，降低了陶瓷相的形成温度。所得到的前驱体在氩气气氛中1450-1600℃下热处理保温1-2h，所得到的陶瓷相粒径为100-200nm，周期短。本发明采用的原料成本低，在相对低的温度下得到了ZrB2-SiC陶瓷粉体，所得到的陶瓷粒度均匀，且无杂质相，能耗低和成本低。
附图说明
图1为本发明所制备的一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的XRD谱图。
图2为本发明ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，具体流程如下：
(1)步骤一：按物质的量比为硼酸：八水氧氯化锆：正硅酸乙酯＝100： 9:40，葡萄糖根据热解完全后得到的碳计算即C/(Zr+Si)＝4，分别称取八水氧氯化锆，硼酸，正硅酸乙酯，葡萄糖备用。
(2)步骤二：持续磁力搅拌的情况下，将氧氯化锆溶于无水乙醇中，滴加少量双氧水、乙酰丙酮，配制成均一透明的溶液，即锆前驱体溶液。将硼酸溶于无水乙醇中，水浴加热至完全溶解，配制硼酸溶液。将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中配制正硅酸乙酯溶液。将葡萄糖溶于去离子水，制得葡萄糖溶液。在持续磁力搅拌的情况下，依次将正硅酸乙酯溶液、硼酸溶液、葡萄糖溶液加入到锆前驱体溶液中，制得硼硅锆前驱体溶液。
(3)步骤三：将步骤二得到的硼硅锆前驱体溶液，在烘干后放置于石墨坩埚中，在氩气气氛保护下，在1500℃下热处理2h，得到ZrB2-SiC陶瓷粉体。
实施例2
一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，除下述实验原料比例及热处理温度不同外，其余同实施例1.
本实施例中：称取的原料物质的量比为硼酸：八水氧氯化锆：正硅酸乙酯＝100：15：50，葡萄糖根据热解完全后得到的碳计算即C/(Zr+Si)＝5；热处理温度为1600℃。
实施例3
一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，除下述实验原料比例不同外，其余同实施例1.
本实施例中：称取的原料物质的量比为硼酸：八水氧氯化锆：正硅酸乙酯＝100：10：60，葡萄糖根据热解完全后得到的碳计算即C/(Zr+Si)＝6。
本发明采用前驱体转化法，所需的原料简单易得，所制备的前驱体溶液能够使不同组分达到分子级别的混合，所需要的热解温度低，且得到的陶瓷产物的纯度高、粒度均匀。
实施例1所得产物，从图1中可以看出，采用本发明的制备工艺所制备的复合陶瓷粉体的物相组成为ZrB2和SiC，晶化度高，未见其他杂质相存在。
从图2可以看出，采用本发明的制备工艺所制备的复合陶瓷粉体，陶瓷相为不规则的颗粒状，团聚少且尺寸均一，平粒径约150nm。

Claims (2)

1.一种ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，其特征在于，以八水氧氯化锆、硼酸、正硅酸乙酯、葡萄糖为起始原料，以无水乙醇和去离子水为溶剂，在持续磁力搅拌的情况下，将氧氯化锆溶于无水乙醇中，滴加少量双氧水、乙酰丙酮，配制成均一透明的溶液，即锆前驱体溶液；将硼酸溶于无水乙醇中，配制硼酸溶液；将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中配制正硅酸乙酯溶液；将葡萄糖溶于去离子水，制得葡萄糖溶液；在持续磁力搅拌的情况下，依次将正硅酸乙酯溶液、硼酸溶液、葡萄糖溶液加入到锆前驱体溶液中，制得硼硅锆前驱体溶液，将硼硅锆前驱体溶液烘干后放置于石墨坩埚中，在氩气气氛保护下，在1450-1600℃热处理1-2h，得到陶瓷相粒径为100-200nm 的ZrB2-SiC陶瓷粉体，其中各原料的物质量比为：硼酸：八水氧氯化锆：正硅酸乙酯=100：9-20：18-60，葡萄糖根据热解完全后得到的碳计算，C/(Zr+Si)＝4、5或6。
2.根据权利要求1所述ZrB2-SiC陶瓷复合粉体的前驱体转化法制备工艺，其特征在于，所述硼酸溶液配制过程中，将硼酸溶于无水乙醇中，在一定温度下水浴加热至完全溶解，得到硼酸溶液。
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