CN111777072A - 一种二硅化铪的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种二硅化铪的生产工艺，将二氧化锆粉和硅粉真空条件下球磨混料，用液压机压块后，放入真空烧结炉中进行烧结，精整，去除包覆铪表面的白色二氧化硅粉体，然后放入真空球磨机中球磨制粉，投入氢氧化钠加入60℃蒸馏水清，烘干，得到含硅铪粉；检测含硅铪粉中硅含量，并根据铪粉中硅含量投入硅粉，在真空球磨机中在惰性氩气保护下球磨5小时，放入真空自蔓燃炉中，抽真空，加热点火电极，引燃铪粉，铪粉和硅粉自蔓延化合反应，获得二硅化铪。以二氧化铪粉为原料，原料成本相对于海绵铪成本低廉；硅粉为还原剂，不引入其它杂质，该方法整个过程工艺合理，适合工业化生产，获得的二硅化铪产品纯度高，合金化程度可以达到100％。
Description
技术领域
本发明涉及一种二硅化铪的生产工艺。
背景技术
二硅化铪是一种过渡金属硅化物，它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化的特点，被用作陶瓷材料以及制作各种耐高温部件及功能部件。二硅化铪纳米材料更是表现出特别的电学和光学性能，在光电领域具有潜在的应用价值。
目前，二硅化铪的方法主要有海绵铪直接合成法和碳还原二氧化铪生成金属硅再合成法，海绵铪直接合成法是以海绵铪和硅为原料直接合成，海绵铪成本高，且硅和铪重熔性不好，硅在液态中，流动性不好，和硅不能充分结合，合金化程度不高，有单质硅存在。碳还原二氧化铪生成金属硅再合成法是利用单质碳还原二氧化铪生产金属铪，还原过程中为了使二氧化铪充分还原，只能碳过量，使金属铪中存在游离碳，在后续步骤与硅化合过程中会产生碳化硅杂质；如果配碳量不足，会存在少量氧化铪未被还原，与硅化合后，有氧化铪存在，影响产品纯度，无法达到高纯标准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺合理，原料成本相对较低，产品合金化程度高且纯度高的二硅化铪的生产工艺。
本发明的技术解决方案是：
一种二硅化铪的生产工艺，其具体步骤是：
(1)混料
将二氧化锆份和硅粉按照摩尔比1:(1.02-1:1.04)，所述二氧化铪粉纯度为99.9％、细度为200目，所述硅粉为325目硅粉，硅粉的纯度为99.99％，加入占二氧化锆粉和硅粉总质量1％的羧甲基纤维素作为粘结剂，放入真空球磨中充入氩气保护，球磨混料，保证10小时，混合均匀，得到混合物料；
(2)压块
将步骤(1)混完物料，按照每块600克采用三梁四柱液压机压制成圆饼状块料，压制压力为20MPa，压块尺寸为φ80mm×25mm；
(3)烧结还原
将步骤(2)压制的块料放入真空烧结炉的石英坩埚中，抽真空至1Pa，送电逐步升温进行一次烧结，整个烧结过程真空泵系统持续开启，在0℃至1000℃，功率调制30Kw，升温到1000℃，保温1小时，防止物料里有少量水分，起到排湿和烘干的作用；继续升温，功率调整到80Kw，温度升至1750℃，功率调整到50Kw，保温至真空度稳定，还原完毕，停电，降温，出炉，二氧化硅比重为2.2g/cm3，而铪的比重为13.31g/cm3，二氧化硅包裹在铪金属表面；
(4)精整、除二氧化硅
精整，去除包覆铪表面的白色二氧化硅粉体，然后将精整后的块料放入真空球磨机中，充入氩气制粉，球磨至200目，获得含少量二氧化硅和单质硅的铪粉，分析所述铪粉中二氧化硅含量，根据化验结果得出二氧化硅含量，按照铪粉中二氧化硅与氢氧化钠的摩尔比1:2投入氢氧化钠加入60℃蒸馏水清洗，蒸馏水清洗次数为3次，放入烘干箱烘干，得到含硅铪粉；
(5)二硅化铪制备
检测含硅铪粉中硅含量，并投入硅粉，投入硅粉量和二硅化铪中硅的量总和与铪粉的摩尔比为2:1，在真空球磨机中在惰性氩气保护下球磨5小时，放入真空自蔓燃炉中，抽空到1Pa，加热点火电极，调整功率为3Kw，引燃铪粉，铪粉和硅粉自蔓延化合反应，获得二硅化铪。
进一步的，球磨时，步骤(1)和步骤(5)的球磨速度为120转/min。
进一步的，所述二硅化铪合金化程度为100％。
进一步的，步骤(4)烘干时，烘干温度为50℃-80℃。
进一步的，步骤(1)球磨时，每次投料量为10kg。
本发明的有益效果：
以二氧化铪粉为原料，原料成本相对于海绵铪成本低廉；以硅粉为还原剂，在配料过程中使硅粉过量，保证二氧化铪完全还原，过量的单质硅混入铪中，不会引入其它有害杂质，且单质硅和铪伴生，有利于下步铪进行制粉，过量单质硅从而起到双重作用。该方法整个过程工艺合理，适合工业化生产，获得的二硅化铪产品纯度高，纯度可以达到99.8％以上，合金化程度可以达到100％。
附图说明
图1是本发明的二硅化铪产品的照片；
图2是本发明的二硅化铪产品的粒度分析报告；
图3是本发明的二硅化铪产品的XRD图；
具体实施方式
实施例1
(1)混料
a.二氧化铪粉纯度为99.9％、细度为200目；
b.硅粉为325目硅粉，硅粉的纯度为99.99％；
c.将8.8kg二氧化锆粉和1.2kg硅粉加入100g羧甲基纤维素作为粘结剂，放入真空球磨中充入氩气保护，球磨混料，球磨速度为120转/min，保证10小时，混合均匀，得到混合物料；
(2)压块
将步骤(1)混完物料，按照每块600克采用三梁四柱液压机压制成圆饼状块料，压制压力为20MPa，压块尺寸为φ80mm×25mm；
(3)烧结还原
将步骤(2)压制的块料放入200kg真空烧结炉的石英坩埚中，原料投入量51kg，抽真空至1Pa，送电逐步升温进行一次烧结，整个烧结过程真空泵系统持续开启，在0℃至1000℃，功率调制30Kw，升温到1000℃，保温1小时；继续升温，功率调整到80Kw，温度升至1750℃，功率调整到50Kw，保温至真空度稳定，还原完毕，停电，降温，出炉；
(4)精整、除二氧化硅
精整，去除包覆铪表面的白色二氧化硅粉体，然后将精整后的块料放入真空球磨机中，每次投入量为5kg，充入氩气制粉，球磨至200目，获得含少量二氧化硅和单质硅的铪粉，分析所述铪粉中二氧化硅含量，根据化验结果得出二氧化硅含量，按照铪粉中二氧化硅与氢氧化钠的摩尔比1:2投入氢氧化钠，加入60℃蒸馏水清洗，蒸馏水清洗次数为3次，放入烘干箱在50℃-80℃下烘干，得到含硅铪粉；
(5)二硅化铪制备
检测含硅铪粉中硅含量，并投入硅粉，投入硅粉量和二硅化铪中硅的量总和与铪粉的摩尔比为2:1，在真空球磨机中在惰性氩气保护下球磨5小时混料，每次混料8kg；然后放入真空自蔓燃炉中，抽空到1Pa，加热点火电极，调整功率为3Kw，引燃铪粉，铪粉和硅粉自蔓延化合反应，获得二硅化铪，经检测该二硅化铪的纯度为99.81％，该二硅化铪的纯度为图2是本发明的二硅化铪产品的粒度分析报告；该二硅化铪的D50为1.706μm；图3是本发明的二硅化铪产品的XRD图，该二硅化铪合金化程度为100％。
实施例2
(1)混料
a.二氧化铪粉纯度为99.9％、细度为200目；
b.硅粉为325目硅粉，硅粉的纯度为99.99％；
c.将8.78kg二氧化锆粉和1.22kg硅粉加入100g羧甲基纤维素作为粘结剂，放入真空球磨中充入氩气保护，球磨混料，球磨速度为120转/min，保证10小时，混合均匀，得到混合物料；
(2)压块
将步骤(1)混完物料，按照每块600克采用三梁四柱液压机压制成圆饼状块料，压制压力为20MPa，压块尺寸为φ80mm×25mm；
(3)烧结还原
将步骤(2)压制的块料放入200kg真空烧结炉的石英坩埚中，原料投入量51kg，抽真空至1Pa，送电逐步升温进行一次烧结，整个烧结过程真空泵系统持续开启，在0℃至1000℃，功率调制30Kw，升温到1000℃，保温1小时；继续升温，功率调整到80Kw，温度升至1750℃，功率调整到50Kw，保温至真空度稳定，还原完毕，停电，降温，出炉；
(4)精整、除二氧化硅
精整，去除包覆铪表面的白色二氧化硅粉体，然后将精整后的块料放入真空球磨机中，每次投入量为5kg，充入氩气制粉，球磨至200目，获得含少量二氧化硅和单质硅的铪粉，分析所述铪粉中二氧化硅含量，根据化验结果得出二氧化硅含量，按照铪粉中二氧化硅与氢氧化钠的摩尔比1:2投入氢氧化钠，加入60℃蒸馏水清洗，蒸馏水清洗次数为3次，放入烘干箱在50℃-80℃下烘干，得到含硅铪粉；
(5)二硅化铪制备
检测含硅铪粉中硅含量，并投入硅粉，投入硅粉量和二硅化铪中硅的量总和与铪粉的摩尔比为2:1，在真空球磨机中在惰性氩气保护下球磨5小时混料，每次混料8kg；然后放入真空自蔓燃炉中，抽空到1Pa，加热点火电极，调整功率为3Kw，引燃铪粉，铪粉和硅粉自蔓延化合反应，获得二硅化铪，经检测该二硅化铪的纯度为99.83％，二硅化铪合金化程度为100％。
实施例3
(1)混料
a.二氧化铪粉纯度为99.9％、细度为200目；
b.硅粉为325目硅粉，硅粉的纯度为99.99％；
c.将8.79kg二氧化锆粉和1.21kg硅粉加入100g羧甲基纤维素作为粘结剂，放入真空球磨中充入氩气保护，球磨混料，球磨速度为120转/min，保证10小时，混合均匀，得到混合物料；
(2)压块
将步骤(1)混完物料，按照每块600克采用三梁四柱液压机压制成圆饼状块料，压制压力为20MPa，压块尺寸为φ80mm×25mm；
(3)烧结还原
将步骤(2)压制的块料放入200kg真空烧结炉的石英坩埚中，原料投入量51kg，抽真空至1Pa，送电逐步升温进行一次烧结，整个烧结过程真空泵系统持续开启，在0℃至1000℃，功率调制30Kw，升温到1000℃，保温1小时；继续升温，功率调整到80Kw，温度升至1750℃，功率调整到50Kw，保温至真空度稳定，还原完毕，停电，降温，出炉；
(4)精整、除二氧化硅
精整，去除包覆铪表面的白色二氧化硅粉体，然后将精整后的块料放入真空球磨机中，每次投入量为5kg，充入氩气制粉，球磨至200目，获得含少量二氧化硅和单质硅的铪粉，分析所述铪粉中二氧化硅含量，根据化验结果得出二氧化硅含量，按照铪粉中二氧化硅与氢氧化钠的摩尔比1:2投入氢氧化钠，加入60℃蒸馏水清洗，蒸馏水清洗次数为3次，放入烘干箱在50℃-80℃下烘干，得到含硅铪粉；
(5)二硅化铪制备
检测含硅铪粉中硅含量，并投入硅粉，投入硅粉量和二硅化铪中硅的量总和与铪粉的摩尔比为2:1，在真空球磨机中在惰性氩气保护下球磨5小时混料，每次混料8kg；然后放入真空自蔓燃炉中，抽空到1Pa，加热点火电极，调整功率为3Kw，引燃铪粉，铪粉和硅粉自蔓延化合反应，获得二硅化铪，经检测该二硅化铪的纯度为99.84％，二硅化铪合金化程度为100％。
以上仅为本发明的具体实施例而已，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 (5)
1.一种二硅化铪的生产工艺，其特征是：
具体步骤是：
(1)混料
将二氧化锆粉和硅粉按照摩尔比1:(1.02-1:1.04)，所述二氧化铪粉纯度为99.9％、细度为200目，所述硅粉为325目硅粉，硅粉的纯度为99.99％，加入占二氧化锆粉和硅粉总质量1％的羧甲基纤维素作为粘结剂，放入真空球磨中充入氩气保护，球磨混料，保证10小时，混合均匀，得到混合物料；
(2)压块
将步骤(1)混完物料，按照每块600克采用三梁四柱液压机压制成圆饼状块料，压制压力为20MPa，压块尺寸为φ80mm×25mm；
(3)烧结还原
将步骤(2)压制的块料放入真空烧结炉的石英坩埚中，抽真空至1Pa，送电逐步升温进行一次烧结，整个烧结过程真空泵系统持续开启，在0℃至1000℃，功率调制30Kw，升温到1000℃，保温1小时，继续升温，功率调整到80Kw，温度升至1750℃，功率调整到50Kw，保温至真空度稳定，还原完毕，停电，降温，出炉；
(4)精整、除二氧化硅
精整，去除包覆铪表面的二氧化硅粉体，然后将精整后的块料放入真空球磨机中，充入氩气制粉，球磨至200目，获得含少量二氧化硅和单质硅的铪粉，分析所述铪粉中二氧化硅含量，根据化验结果得出二氧化硅含量，按照铪粉中二氧化硅与氢氧化钠的摩尔比1:2投入氢氧化钠加入60℃蒸馏水清洗，蒸馏水清洗次数为3次，放入烘干箱烘干，得到含硅铪粉；
(5)二硅化铪的制备
检测含硅铪粉中硅含量，并投入硅粉，投入硅粉量和二硅化铪中硅的量总和与铪粉的摩尔比为2:1，在真空球磨机中在惰性氩气保护下球磨5小时，放入真空自蔓燃炉中，抽空到1Pa，加热点火电极，调整功率为3Kw，引燃铪粉，铪粉和硅粉自蔓延化合反应，获得二硅化铪。
2.根据权利要求1所述的二硅化铪的生产工艺，其特征是：球磨时，步骤(1)和步骤(5)的球磨速度为120转/min。
3.根据权利要求1所述的二硅化铪的生产工艺，其特征是：所述二硅化铪合金化程度为100％。
4.根据权利要求1所述的二硅化铪的生产工艺，其特征是：步骤(4)烘干时，烘干温度为50℃-80℃。
5.根据权利要求1所述的二硅化铪的生产工艺，其特征是：步骤(1)球磨时，每次投料量为10kg。
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