CN108862301B - 高纯度Ti3B2N材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,包括将分别称取的TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉混合搅拌,得均匀混合料;将均匀混合料压片之后,在惰性保护气氛下升温至1200~1300℃,保温;之后冷却至室温,得样品一;将样品一研磨成粉,加入该粉末样品质量比6~10%的TiH2粉混合,重复上述合成步骤后,得样品二;将样品二研磨成粉,补充加入该粉末样品质量比6~10%的TiH2粉混合,重复上述合成步骤后,得Ti3B2N材料。本发明通过改善合成工艺,成功将Ti3B2N材料的纯度提高到了85%以上,并成功去除样品中的TiB2杂质,对于Ti3B2N材料未来的实际应用十分重要。
Description
技术领域
本发明属于一种结构材料领域,具体涉及一种高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法。
背景技术
Ti3B2N是一种新型的三元层状化合物,它具有高模量(杨氏模量430.22 GPa,剪切模量181.06GPa),高强度等。同时,Ti3B2N具有很低的密度(理论密度4.80g/cm3)。
中国发明专利申请2016100610872和2016106036190分别公开了“一种新型陶瓷晶体Ti3B2N及其制备方法”和“一种合成高纯度Ti3B2N的方法”均采用高温固相反应制备方法;中国发明专利申请2018101697425、 201810169743X、2018101517916和2018101697410等公开了分别采用低熔点金属Al、Pb、Sn和Zn作为助熔剂合成Ti3B2N的方法。但是无论是上述哪一个专利申请中,所合成的Ti3B2N样品中都含有TiN和TiB2两种杂相,TiN 和TiB2两种杂相的存在不利于该新型陶瓷材料Ti3B2N的实际应用。因此,如何除掉Ti3B2N样品中的杂相,提高Ti3B2N的含量,对于Ti3B2N材料的实际应用具有很好的现实意义。
因此,需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,以至少解决现有合成方法中Ti3B2N样品杂质多的问题,从而大幅提高Ti3B2N材料的纯度和含量,对于Ti3B2N材料的实际应用具有很好的现实意义。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,所述Ti3B2N的制备方法包括如下步骤:
1)分别称取TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉,备用;
2)将步骤1)中称取的TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀,得混合料;
3)将步骤2)中的混合料压片之后,在惰性保护气氛下升温至 1200~1300℃,保温6~12h;
4)待步骤3)完成后,随炉自然冷却至室温,得样品一;
5)将步骤4)中所得样品一研磨成粉末,加入TiH2粉,混合均匀;
6)将步骤5)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),可得样品二;
7)将步骤6)中所得样品二研磨成粉末,加入TiH2粉,混合均匀;
8)将步骤7)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),可得较高纯度的Ti3B2N材料。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,步骤2)中,所述TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀过程为:在 TiH2粉、无定型B粉、六方BN粉混合搅拌中再加入无水乙醇混合搅拌均匀后,自然晾干。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,加入无水乙醇混合搅拌5~30h后,自然晾干。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,步骤1)中,所述TiH2粉、所述无定型B粉和所述六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶ BN=(2.5~3.5)∶(0.7~1.3)∶(0.7~1.3);
优选地,所述TiH2粉、所述无定型B粉和所述六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶BN=(2.5~3)∶(1~1.3)∶(1~1.3);
再优选地,所述TiH2粉、所述无定型B粉和所述六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶BN=3∶1∶1。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,步骤3)中,以5~10℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h;
优选地,以6~8℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,其特征在于,步骤3)中,将步骤2)中的混合料压片之后,在惰性保护气氛下升温至 1220~1300℃,保温6~12h;
优选地,以6~8℃/min的速率升温至1250℃,保温8~10h。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,步骤5)中,加入的所述TiH2粉占所述样品一质量比的6-~10%;
优选地,加入的所述TiH2粉占所述样品一质量比的8%。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,步骤6)中,以5~10℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h;
优选地,以8~10℃/min的速率升温至1200℃,保温8~10h。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,步骤7)中,加入的所述TiH2粉占所述样品二质量比的6~10%;
优选地,加入的所述TiH2粉占所述样品二质量比的8%。
在如上所述的高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,优选,步骤8)中,以5~10℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h;
优选地,以8~10℃/min的速率升温至1200℃,保温8~10h。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有如下优异效果:
本发明提供的制备方法可以有效提高制备的Ti3B2N材料的Ti3B2N含量,提高其纯度,将Ti3B2N材料的纯度提高到了85%以上,成功去除样品中的 TiB2杂质,减少TiN杂质的含量,对于Ti3B2N材料的实际应用和科学研究十分重要。
本发明提供的合成制备方法,操作简单,重复性高,适合工业规模化生产,降低生产成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。其中:
图1:本发明中具体实施例1制备的Ti3B2N样品的XRD图谱。
图2:Ti3B2N化合物的理论XRD图谱。
图3:本发明中具体实施例2制备的Ti3B2N样品的XRD图谱。
图4:本发明中具体实施例3制备的Ti3B2N样品的XRD图谱。
图5:本发明中对照例1的XRD图谱。
图6:本发明中对照例2的XRD图谱。
图7:本发明中对照例3的XRD图谱。
图8:本发明中对照例4的XRD图谱。
图9:本发明中对照例5的XRD图谱。
图10:本发明中对照例6的XRD图谱。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1、图3、图4所示,根据本发明的实施例,提供了一种高纯度Ti3B2N 材料的新型制备方法,制备Ti3B2N的方法包括如下步骤:
1)分别称取TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉,备用;
且TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶ BN=(2.5~3.5)(例如2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4)∶(0.7~1.3) (例如0.7、0.9、1.0、1.1、1.15、1.2、1.25、1.26、1.27)∶(0.7~1.3)(例如 0.7、0.9、1.0、1.1、1.15、1.2、1.25、1.26、1.27);
2)将步骤1)中称取的TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀,得混合料;
3)将步骤2)中的混合料压片之后,在惰性保护气氛下升温至 1200~1300℃(例如1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃、1260℃、 1270℃、1280℃、1290℃),保温6~12h(例如7h、7.5h、8h、8.5h、9h、9.5h、 10h、10.5h、11h、11.5h);
4)待步骤3)完成后,随炉自然冷却至室温,得样品一;
5)将步骤4)中所得样品一研磨成粉末,加入TiH2粉,混合均匀;
6)将步骤5)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),可得样品二;
7)将步骤6)中所得样品二研磨成粉末,加入TiH2粉,混合均匀;
8)将步骤7)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),可得较高纯度的Ti3B2N材料。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,为了使物料混合更加均匀,TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉的混合过程中加入无水乙醇作为分散剂,在步骤2)中,TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀过程为:在TiH2粉、无定型B粉、六方BN粉混合搅拌中再加入无水乙醇混合搅拌均匀后,自然晾干。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,加入无水乙醇混合搅拌5~30h (例如6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、15h、18h、20h、21h、 22h、23h、25h、26h、28h、29h)后,自然晾干。
优选地,无水乙醇的加入量满足该无水乙醇液面完全淹没TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉混合后的物料。
再进一步优选地,无水乙醇的加入量必须满足该无水乙醇液面完全淹没高过TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉混合后的物料2~4mm(例如2.1mm、 2.4mm、2.5mm、2.8mm、3mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm、4mm)。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,步骤1)中,TiH2粉、无定型 B粉和六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶BN=(2.5~3)(例如2.65、2.75、 2.85、2.95)∶(1~1.3)(例如1.1、1.15、1.2、1.25、1.26、1.27)∶(1~1.3)(例如1.1、1.15、1.2、1.25、1.26、1.27);再优选地,TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶BN=3∶1∶1。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,步骤3)中,以5~10℃/min(例如5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min、8℃/min、8.5℃/min、 9℃/min、9.5℃/min)的速率升温至1200~1300℃(例如1210℃、1215℃、 1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃、1255℃、1260℃、 1265℃、1270℃、1275℃、1280℃、1285℃、1290℃),保温6~12h(例如 7h、7.2h、7.5h、7.8h、8h、8.2h、8.5h、8.8h、9h、9.2h、9.5h、9.8h、10h、10.2h、10.5h、10.8h、11h、11.2h、11.5h)。
优选地,以6~8℃/min(例如6.2℃/min、6.4℃/min、6.8℃/min、7℃/min、 7.2℃/min、7.4℃/min、7.6℃/min、7.8℃/min)的速率升温至1200~1300℃(例如1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、 1250℃、1255℃、1260℃、1265℃、1270℃、1275℃、1280℃、1285℃、1290℃),保温6~12h(例如7h、7.2h、7.5h、7.8h、8h、8.2h、8.5h、8.8h、9h、9.2h、 9.5h、9.8h、10h、10.2h、10.5h、10.8h、11h、11.2h、11.5h)。再进一步优选,步骤3)中,升温至1250℃,保温8~10h(例如8.2h、8.4h、8.6h、8.8h、9h、 9.2h、9.4h、9.6h、9.8h)。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,步骤5)中,所加入的TiH2粉占样品一质量比的6~10%(例如6.5%、6.7%、7%、7.3%、7.5%、7.8%、8%、 8.5%、8.8%、9%、9.2%、9.5%、9.8%);再优选地,所加入的TiH2粉占样品一质量比的8%。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,步骤6)中,以5~10℃/min(例如5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min、8℃/min、8.5℃/min、 9℃/min、9.5℃/min)的速率升温至1200~1300℃(例如1210℃、1215℃、 1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃、1255℃、1260℃、 1265℃、1270℃、1275℃、1280℃、1285℃、1290℃),保温6~12h(例如 7h、7.2h、7.5h、7.8h、8h、8.2h、8.5h、8.8h、9h、9.2h、9.5h、9.8h、10h、10.2h、10.5h、10.8h、11h、11.2h、11.5h);
优选地,以8~10℃/min(例如8.2℃/min、8.4℃/min、8.6℃/min、8.8℃ /min、9℃/min、9.2℃/min、9.4℃/min、9.6℃/min、9.8℃/min)的速率升温至 1200℃,保温8~10h(例如8.2h、8.4h、8.6h、8.8h、9h、9.2h、9.4h、9.6h、 9.8h)。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,步骤7)中,所加入的TiH2粉占样品二质量比的6~10%(例如6.5%、6.7%、7%、7.3%、7.5%、7.8%、8%、 8.5%、8.8%、9%、9.2%、9.5%、9.8%);再优选地,所加入的TiH2粉占样品二质量比的8%。
在本发明的具体实施例中,进一步优选,步骤8)中,以5~10℃/min(例如5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min、8℃/min、8.5℃/min、 9℃/min、9.5℃/min)的速率升温至1200~1300℃(例如1210℃、1215℃、 1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃、1255℃、1260℃、 1265℃、1270℃、1275℃、1280℃、1285℃、1290℃),保温6~12h(例如 7h、7.2h、7.5h、7.8h、8h、8.2h、8.5h、8.8h、9h、9.2h、9.5h、9.8h、10h、10.2h、10.5h、10.8h、11h、11.2h、11.5h);
优选地,以8~10℃/min(例如8.2℃/min、8.4℃/min、8.6℃/min、8.8℃ /min、9℃/min、9.2℃/min、9.4℃/min、9.6℃/min、9.8℃/min)的速率升温至 1200℃,保温8~10h(例如8.2h、8.4h、8.6h、8.8h、9h、9.2h、9.4h、9.6h、 9.8h)。
总而言之,本发明高纯度Ti3B2N材料的制备中,采用按TiH2粉、无定型B粉、六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶BN=(2.5~3.5)∶(0.7~1.3)∶ (0.7~1.3),称取TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉;将称取的TiH2粉、无定型B粉、六方BN粉加入无水乙醇混匀压片后,在惰性保护气氛下以5~10℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h;反应完成后,在惰性保护气氛下,样品随炉自然冷却至室温得到样品一;随后将样品一研磨成粉末后加入质量比为6~10%的TiH2粉,混合均匀;混合均匀的粉末在惰性保护气氛下加热保温,然后随炉冷却得到样品二;随后再重复样品一的步骤,将样品二研磨成粉末后再次加入质量比为6~10%的TiH2粉,混合均匀;混合均匀的粉末在惰性保护气氛下加热保温,然后随炉冷却得到本发明的高纯度Ti3B2N材料。
本发明通过上述反应工艺得到高纯Ti3B2N的原因是:本发明技术方案中所用原料为TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉,在反应过程中,TiH2粉首先在400~600℃发生分解,生成Ti粉,释放出氢气。生成的金属Ti粉再和无定型B粉、六方BN粉发生反应,生成目标产物Ti3B2N材料。但是由于三种反应物质熔点均大于1500℃,因此合成反应属于固相反应。固相反应扩散慢,反应速度慢,因此反应物达到一定厚度,进一步反应则必须反应物通过产物层的扩散才可以进行,这必将阻碍反应的进一步进行。本发明通过将产物重新研碎,打乱产物和反应物的分布,破坏产物层的阻碍,使得反应更加完全,从而可以得到高纯Ti3B2N。
以下实施例中TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉均为市售产品,纯度为 99.9%以上。
实施例1
本实施例提供一种高纯度Ti3B2N材料的新型制备方法,制备Ti3B2N的方法包括如下步骤:
1)分别称取TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉,备用;
且所述TiH2粉、所述无定型B粉和所述六方BN粉三种原料的摩尔比 TiH2∶B∶BN=3∶1∶1;
2)将步骤1)中称取的TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀,TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉的混合过程中加入无水乙醇作为分散剂,混合搅拌10h,无水乙醇的加入量满足该无水乙醇液面完全淹没TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉混合后的物料,混合均匀后,自然晾干,得混合料;
3)将步骤2)中的混合料压片之后,在氮气气氛下以8℃/min的速率升温至1250℃,保温8h;
4)待步骤3)完成后,随炉自然冷却至室温,得样品一;
5)将步骤4)中所得样品一研磨成粉末,加入TiH2粉,所加入的TiH2粉占样品一质量比的8%,混合均匀;
6)将步骤5)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),其中步骤3)中升温至1200℃,保温8h,可得样品二;
7)将步骤6)中所得样品二研磨成粉末,加入TiH2粉,所加入的TiH2粉占样品二质量比的8%,混合均匀;
8)将步骤7)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),其中步骤3)中升温至1200℃,保温8h,可得较高纯度的Ti3B2N材料。
本实施例制备的Ti3B2N产品的XRD图谱见图1。由于Ti3B2N是一种新合成的物质,因此X射线衍射标准卡片库中尚未收录。采用晶体XRD谱图模拟软件poudrix,可得Ti3B2N的理论XRD图谱,见图2。将图1和图2进行比对,可确定合成样品中主相为Ti3B2N化合物。同时,样品中还含有少量的杂相TiN,无TiB2(TiN,JCPDS卡片号:38-1420;TiB2,JCPDS卡片号: 35-0741)。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于:步骤3)、步骤6)和步骤8)中升温至1300℃,其他制备步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
本实施例制备的产品XRD图谱见图3,含有Ti3B2N、TiB2和TiN三种相,说明由于煅烧温度改变,实施例2比实施例1中多了TiB2杂相。这说明步骤3)中最优合成温度为1250℃,步骤6)和步骤8)中最优合成温度为 1200℃。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于:步骤5)和步骤7)中样品中添加 TiH2粉占样品质量比的10%,其他制备步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
本实施例制备的产品XRD图谱见图4,含有Ti3B2N、TiB2和TiN三种相。相比实施例1来说,本实施例制备的样品中出现了少量TiB2杂相,说明由于添加原料TiH2粉比例的改变,工序步骤5)和7)中TiH2粉添加质量不同,导致实施例3比实施例1中多了TiB2杂相,也说明工序步骤5)和7)中TiH2粉最佳添加含量为8%。
对照例1
本对照例与实施例1的不同之处在于:步骤5)、步骤6)、步骤7)和步骤8)省略,即原料混合之后只进行一次煅烧,其他制备步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
本对照例制备的产品XRD图谱见图5,图5中显示仍然是含有Ti3B2N、 TiB2和TiN三种相,说明进行一次煅烧的工艺制备的Ti3B2N中的杂相含量较多,仍然含有TiB2。
对照例2
本对照例与实施例1的不同之处在于:步骤7)和步骤8)省略,即原料混合之后只进行两次煅烧,其他制备步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
本对照例制备的产品XRD图谱见图6,仍然是含有Ti3B2N、TiB2和TiN 三种相,但TiB2杂相含量相比于对照例1减少,说明进行两次煅烧的杂相含量相比于一次煅烧有所减少,但是比实施例1的三次煅烧工艺杂相含量多。
对照例3
本对照例与实施例1的不同之处在于:在实施例1的基础上得到样品三,将样品三研磨成粉末,加入TiH2粉,所加入的TiH2粉占样品一质量比的8%,混合均匀;将所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),得到较高纯度的Ti3B2N材料,即原料混合之后进行四次煅烧,其他制备步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
本对照例制备的产品XRD图谱见图7,仍然是含有Ti3B2N、TiB2和TiN 三种相,对照例3和对照例2的XRD图谱相似,Ti3B2N、TiB2和TiN三种相含量相似,均比实施例1所合成样品中的杂相多,说明进行四次煅烧和两次煅烧Ti3B2N对材料性能影响不大,不能有效减少Ti3B2N中杂相含量,煅烧三次效果最好。
对照例4
本对照例的制备工艺采用与中国专利申请号2016100610872中公告的“一种新型陶瓷晶体Ti3B2N及其制备方法”相同的制备方法,即是如下制备方法:
将钛粉和六方氮化硼粉末以1.5~2.5∶1的摩尔比在空气孔混合、研磨、压片,然后在惰性保护气氛下以5~10℃/min的速率升温至1100~1200℃,保温 3~12h,自然冷却至室温,即得目标产品。
本对照例制备的产品XRD图谱见图8,所得产品含有Ti3B2N、TiB2和 TiN三种相,且杂相TiB2和TiN的含量高于实施例1、2和3。
对照例5
本对照例的制备工艺采用与中国专利申请号为2016106036190中公告的“一种合成高纯度Ti3B2N的方法”相同的制备方法,即是如下制备方法:
按TiH2粉、无定型B粉、六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶BN=3∶ 1∶1,称取TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉;将称取的TiH2粉、无定型B 粉、六方BN粉加入无水乙醇,使无水乙醇的液面没过物料3mm,混合18h 后,自然晾干;用压片机5MPa压力下,冷压成素坯块体;将素坯块体置于管式炉,氩气保护气氛中进行烧结;烧结步骤为:以10℃/min的升温速率升至1300℃,保温6h;烧结完成后,在氩气保护气氛下,自然冷却至室温,得产品Ti3B2N。
本对照例制备的产品XRD图谱见图9,所得产品含有Ti3B2N、TiB2和 TiN三种相,且杂相TiB2和TiN的含量较多,杂相含量高于实施例1、2和3。
对照例6
本对照例的制备工艺采用与中国专利申请号为201810169743X中公告的“一种Pb助熔剂合成Ti3B2N的方法”相同的制备方法,即是如下制备方法:
1)分别称取TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉,备用;且TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2∶B∶BN=3∶1∶1;
2)将步骤1)中称取的TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀,得混合料;TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀过程为:在TiH2粉、无定型B粉、六方BN粉混合搅拌中再加入无水乙醇混合搅拌18h后,自然晾干。其中,无水乙醇的加入量必须满足该无水乙醇液面完全淹没高过TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉混合后的物料3mm。
3)向步骤2)中的混合料中加入该混合料重量比20%的金属Pb粉作为助熔剂,在玛瑙研钵中混合均匀,压片(压片过程中的压力须在5MPa),冷压成素坯块体;将素坯块体置于石英管中,抽真空充入Ar气,密封石英管;将该石英管以10℃/min的速率升温至800℃,保温18h。
4)待步骤3)完成后得样品;样品随炉自然冷却至室温后;将样品置于浓度为15%稀盐酸中浸泡除去样品中残留的Pb,浸泡的时间为48h,用蒸馏水稀释,过滤离心,可得Ti3B2N黑色样品。
本对照例制备的产品XRD图谱见图10,所得产品含有Ti3B2N、TiB2和 TiN三种相,且杂相TiB2和TiN的含量较多,杂相高于实施例1、2和3。
综上所述,本发明制备的Ti3B2N材料,相比于现有技术,具有如下有益效果:
1、本发明可以有效提高制备的Ti3B2N样品中的Ti3B2N相的含量,提高其纯度,将Ti3B2N材料的纯度提高到了85%以上,成功去除样品中的TiB2杂质,减少TiN杂质的含量,对于Ti3B2N材料的实际应用和科学研究十分重要。
2、本发明提供的合成制备方法,操作简单,重复性高,适合工业规模化生产,降低生产成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,所述Ti3B2N的制备方法包括如下步骤:
1)分别称取TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉,备用;
2)将步骤1)中称取的TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀,得混合料;
3)将步骤2)中的混合料压片之后,在惰性保护气氛下升温至1200~1300℃,保温6~12h;
4)待步骤3)完成后,随炉自然冷却至室温,得样品一;
5)将步骤4)中所得样品一研磨成粉末,加入TiH2粉,混合均匀;
6)将步骤5)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),可得样品二;
7)将步骤6)中所得样品二研磨成粉末,加入TiH2粉,混合均匀;
8)将步骤7)中所得混合均匀粉末作为原料,重复步骤3)和步骤4),可得较高纯度的Ti3B2N材料。
2.如权利要求1所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述TiH2粉、无定型B粉和六方BN粉放入容器中混合搅拌均匀过程为:在TiH2粉、无定型B粉、六方BN粉混合搅拌中再加入无水乙醇混合搅拌均匀后,自然晾干。
3.如权利要求2所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,加入无水乙醇混合搅拌5~30h后,自然晾干。
4.如权利要求1所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述TiH2粉、所述无定型B粉和所述六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2:B:BN=(2.5~3.5):(0.7~1.3):(0.7~1.3)。
5.如权利要求1所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中,以5~10℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h。
6.如权利要求1或5所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中,将步骤2)中的混合料压片之后,在惰性保护气氛下升温至1220~1300℃,保温6~12h。
7.如权利要求1所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤5)中,加入的所述TiH2粉占所述样品一质量比的6~10%。
8.如权利要求1所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤6)中,以5~10℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h。
9.如权利要求1所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤7)中,加入的所述TiH2粉占所述样品二质量比的6~10%。
10.如权利要求1所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤8)中,以5~10℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h。
11.如权利要求4所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述TiH2粉、所述无定型B粉和所述六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2:B:BN=(2.5~3):(1~1.3):(1~1.3)。
12.如权利要求4所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述TiH2粉、所述无定型B粉和所述六方BN粉三种原料的摩尔比TiH2:B:BN=3:1:1。
13.如权利要求5所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中,以6~8℃/min的速率升温至1200~1300℃,保温6~12h。
14.如权利要求6所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中,将步骤2)中的混合料压片之后,在惰性保护气氛下以6~8℃/min的速率升温至1250℃,保温8~10h。
15.如权利要求7所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤5)中,加入的所述TiH2粉占所述样品一质量比的8%。
16.如权利要求8所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤6)中,以8~10℃/min的速率升温至1200℃,保温8~10h。
17.如权利要求9所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤7)中,加入的所述TiH2粉占所述样品二质量比的8%。
18.如权利要求10所述的高纯度Ti3B2N材料的制备方法,其特征在于,步骤8)中,以8~10℃/min的速率升温至1200℃,保温8~10h。
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