CN111847458B - 一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法，将原料三氧化钼、二氧化硅和高纯石墨粉，加入工业干粉成型剂，在混料器中混料，按照1公斤每份放入油压机压制，获得压制块料；将压制块料用500公斤真空无压烧结炉真空烧结，送电抽真空至3Pa，350℃烧结1小时‑2小时，1620℃保温，炉内真空度为20Pa‑25Pa之间继续升温；1850℃保温10小时‑15小时，降温，温度降低1250℃，真空度抽到3Pa‑4Pa，保温5小时，硅和钼充分化合，停电降温，得到二硅化钼。以氧化钼为原料，原料成本低廉，且整个工艺合理可控，可以制备出单相高纯度二硅化钼，适合工业化生产。

Description

一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法
技术领域
本发明涉及一种二硅化钼的制备方法，特别涉及一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法。
背景技术
二硅化钼是一种难熔金属硅化物，Mo、Si两原子半径相差不大，故Mo、Si两原子以原子数之比1:2结合形成的MoSi2具有金属件和共价键共存的特征，因此，MoSi2具有金属和陶瓷的双重性质，其熔点高、密度低且具有优异的高温抗氧化性能，广泛应用于航空、汽车燃气涡轮机的高温部件、喷管、高温过滤器以及火花塞等领域。
目前，工业上生产二硅化钼粉体是将钼粉和硅粉混合后，在1300℃左右的温度下合金化反应得到的，钼粉成本高，使其生产受到限制。CN 105645416 B公开了一种低成本二硅化钼的生产方法，该方法是以硫化钼和硅粉为原料，直接混匀，在1000-1600℃下焙烧获得的，该方法使用的二硅化钼是中国原生钼矿的主要成分，生产成本较低。但二硅化钼一般纯度不高，因此，在原料阶段就引入了大量杂质，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高纯度、低成本二硅化钼的制备方法，以氧化钼为原料，原料成本低廉，且整个工艺合理可控，可制备出单相高纯度二硅化钼。
本发明的技术方案是：
一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将原料三氧化钼、二氧化硅和高纯石墨粉按照摩尔比1:2:7配料，加入占三氧化钼、二氧化硅和高纯石墨粉总质量1％的工业干粉成型剂，在250升V型混料器中混料，所述三氧化钼粒度为325目，二氧化硅粒度为400目，高纯石墨粒度为325目，混料6个小时以上，获得混合物料；
(2)将步骤(1)获得的混合物料按照1公斤每份，放入500吨油压机压制，压制压力30MPa，每次压制一块，保证致密结合不松散，压制密度≥3.2g/cm3，获得压制块料；
(3)将压制块料用500公斤真空无压烧结炉真空烧结，整个真空烧结过程持续抽真空，每次装料量200公斤；
①第一次升温
打开电源，送电抽空，同时炉体送电升温功率30Kw/h，真空无压烧结炉温度设定350℃，真空度到3Pa，温度到达350℃，保温1小时-2小时，保温时间根据真空度决定，真空度为3Pa-8Pa，目的保证物料潮气排出，以免在高温状态下，物料还原剧烈，物料块体崩裂造成碳还原反应不彻底，残留杂质；
②第二次升温
继续送电升温，真空无压烧结炉温度设定1620℃，持续送电升温功率50Kw/h，1400℃开始发生碳还原反应，炉内真空度降低3Pa-200Pa之间，1620℃持续保温，目的先缓慢还原一部分，防止后续高温集中大量放气反应，真空系统排气不顺畅，硅和钼化合出现崩溅现象，保温时间根据真空度定，当炉内真空度为20Pa-25Pa之间继续升温；
③第三次升温
碳还原反应最佳温度1850℃，真空无压烧结炉温度设定1850℃，功率给到最高110Kw/h，持续升温，保温反应时间10小时-15小时，真空度20Pa-300Pa之间，真空度降低到3Pa-5Pa，说明碳已将三氧化钼和二氧化硅的氧充分还原，调低真空无压烧结炉功率，降温；
④降温合金化反应
将真空无压烧结炉功率降至20Kw/h，温度降低1250℃，以保证硅和钼充分化合反应，避免硅元素挥发，保证二硅化钼合金化程度，1250℃，真空度抽到3Pa-4Pa，保温5小时，硅和钼充分化合，停电降温，得到二硅化钼。
进一步的，三氧化钼纯度99.5％，二氧化硅纯度99.8％，高纯石墨纯度99.99％。
进一步的，V型混料器混料时，每次投料量为100公斤。
进一步的，所述工业干粉成型剂为羧甲基纤维素，高温烧制蒸发掉，不残留杂质。
本发明的有益效果：
本发明以三氧化钼、二氧化硅为原料，原料易得，成本低廉，以高纯石墨粉为还原剂，经过三阶段加热保温，还原三氧化钼、二氧化硅，原料还原度好，在经过降温烧结，获得纯相二硅化钼，产品纯度高，且整个工艺合理可控，生产出的二硅化钼合金化程度可以达到100％，适合工业化生产。
附图说明
图1是本发明二硅化钼的X射线衍射图谱；
图2是本发明二硅化钼的粒度分布报告；
图3是本发明二硅化钼的实物图。
具体实施方式
实施例1
(1)将原料三氧化钼41.34公斤、二氧化硅34.51公斤和高纯石墨粉24.15公斤，加入羧甲基纤维素1公斤，在250升V型混料器中混料，所述三氧化钼纯度99.5％、粒度为325目，二氧化硅纯度为99.8％、粒度为400目，高纯石墨纯度为99.99％、粒度为325目，混料6.5小时，获得混合物料；
(2)将步骤(1)获得的混合物料按照1公斤每份，放入500吨油压机压制，压制压力30MPa，每次压制一块，保证致密结合不松散，压制密度≥3.2g/cm3，获得压制块料；
(3)将压制块料用500公斤真空无压烧结炉真空烧结，整个真空烧结过程持续抽真空，每次装料量200公斤；
①第一次升温
打开电源，送电抽空，同时炉体送电升温功率30Kw/h，真空无压烧结炉温度设定350℃，真空度到3Pa，温度到达350℃，保温2小时，真空度稳定在3Pa-4Pa之间，继续送电升温；
②第二次升温
真空无压烧结炉温度设定1620℃，持续送电升温功率50Kw/h，1400℃开始炉内真空度变动在3Pa-200Pa之间，1620℃持续保温，当炉内真空度稳定在20-25Pa之间，继续送电升温；③第三次升温
真空无压烧结炉温度设定1850℃，功率给到最高110Kw/h，持续升温，1850℃持续保温，真空度变动在20-300Pa之间，保温反应时间10小时，炉内真空度降低到3-5Pa，调低真空无压烧结炉功率，降温；
④降温合金化反应
将真空无压烧结炉功率降至20Kw/h，温度降低1250℃，在1250℃下，真空度为3Pa-4Pa，保温5小时，停电降温，得到二硅化钼，制粉，得到二硅化钼粉。如图1所示，做XRD衍射分析合金化程度，合金化二硅化钼为100％，如图2所示，采用激光粒度分布测量仪，检测二硅化钼粉料的粒度，D50＝1.523μm。
实施例2
(1)将原料三氧化钼41.34公斤、二氧化硅34.51公斤和高纯石墨粉24.15公斤，加入羧甲基纤维素1公斤，在250升V型混料器中混料，所述三氧化钼纯度99.5％、粒度为325目，二氧化硅纯度为99.8％、粒度为400目，高纯石墨纯度为99.99％、粒度为325目，混料7.5小时，获得混合物料；
(2)将步骤(1)获得的混合物料按照1公斤每份，放入500吨油压机压制，压制压力30MPa，每次压制一块，保证致密结合不松散，压制密度≥3.2g/cm3，获得压制块料；
(3)将压制块料用500公斤真空无压烧结炉真空烧结，整个真空烧结过程持续抽真空，每次装料量200公斤；
①第一次升温
打开电源，送电抽空，同时炉体送电升温功率30Kw/h，真空无压烧结炉温度设定350℃，真空度到3Pa，温度到达350℃，保温1.5小时，真空度稳定在5Pa-6Pa之间，继续送电升温；②第二次升温
真空无压烧结炉温度设定1620℃，持续送电升温功率50Kw/h，1400℃开始炉内真空度变动在3Pa-200Pa之间，1620℃持续保温，当炉内真空度稳定在20-25Pa之间，继续送电升温；③第三次升温
真空无压烧结炉温度设定1850℃，功率给到最高110Kw/h，持续升温，1850℃持续保温，真空度变动在20-300Pa之间，保温反应时间12小时，炉内真空度降低到3-5Pa，调低真空无压烧结炉功率，降温；
④降温合金化反应
将真空无压烧结炉功率降至20Kw/h，温度降低1250℃，在1250℃下，真空度为3Pa-4Pa，保温5小时，停电降温，得到二硅化钼。该二硅化钼的XRD同实施例1，合金化二硅化钼为100％。
实施例3
(1)将原料三氧化钼41.34公斤、二氧化硅34.51公斤和高纯石墨粉24.15公斤，加入羧甲基纤维素1公斤，在250升V型混料器中混料，所述三氧化钼纯度99.5％、粒度为325目，二氧化硅纯度为99.8％、粒度为400目，高纯石墨纯度为99.99％、粒度为325目，混料7小时，获得混合物料；
(2)将步骤(1)获得的混合物料按照1公斤每份，放入500吨油压机压制，压制压力30MPa，每次压制一块，保证致密结合不松散，压制密度≥3.2g/cm3，获得压制块料；
(3)将压制块料用500公斤真空无压烧结炉真空烧结，整个真空烧结过程持续抽真空，每次装料量200公斤；
①第一次升温
打开电源，送电抽空，同时炉体送电升温功率30Kw/h，真空无压烧结炉温度设定350℃，真空度到3Pa，温度到达350℃，保温1小时，真空度稳定在7Pa-8Pa之间，继续送电升温；
②第二次升温
真空无压烧结炉温度设定1620℃，持续送电升温功率50Kw/h，1400℃开始炉内真空度变动在3Pa-200Pa之间，1620℃持续保温，当炉内真空度稳定在20-25Pa之间，继续送电升温；
③第三次升温
真空无压烧结炉温度设定1850℃，功率给到最高110Kw/h，持续升温，1850℃持续保温，真空度变动在20-300Pa之间，保温反应时间15小时，炉内真空度降低到3-5Pa，调低真空无压烧结炉功率，降温；
④降温合金化反应
将真空无压烧结炉功率降至20Kw/h，温度降低1250℃，在1250℃下，真空度为3Pa-4Pa，保温5小时，停电降温，得到二硅化钼。该二硅化钼的XRD同实施例1，合金化二硅化钼为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 (4)

1.一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法，其特征是：
具体步骤如下：
(1)将原料三氧化钼、二氧化硅和高纯石墨粉按照摩尔比1:2:7配料，加入占三氧化钼、二氧化硅和高纯石墨粉总质量1％的工业干粉成型剂，在250升V型混料器中混料，所述三氧化钼粒度为325目，二氧化硅粒度为400目，高纯石墨粒度为325目，混料6个小时以上，获得混合物料；
(2)将步骤(1)获得的混合物料按照1公斤每份，放入500吨油压机压制，压制压力30MPa，每次压制一块，保证致密结合不松散，压制密度≥3.2g/cm3，获得压制块料；
(3)将压制块料用500公斤真空无压烧结炉真空烧结，整个真空烧结过程持续抽真空，每次装料量200公斤；
①第一次升温
打开电源，送电抽空，同时炉体送电升温功率30Kw/h，真空无压烧结炉温度设定350℃，真空度到3Pa，温度到达350℃，保温1小时-2小时，真空度稳定在3Pa-8Pa之间，继续送电升温；
②第二次升温
真空无压烧结炉温度设定1620℃，持续送电升温功率50Kw/h，1400℃开始炉内真空度变动在3Pa-200Pa之间，1620℃持续保温，当炉内真空度稳定在20-25Pa之间，继续送电升温；
③第三次升温
真空无压烧结炉温度设定1850℃，功率给到最高110Kw/h，持续升温，1850℃持续保温，真空度变动在20-300Pa之间，保温反应时间10小时-15小时，当炉内真空度降低到3-5Pa，调低真空无压烧结炉功率，降温；
④降温合金化反应
将真空无压烧结炉功率降至20Kw/h，温度降低1250℃，在1250℃下，真空度为3Pa-4Pa，保温5小时，停电降温，得到二硅化钼。
2.根据权利要求1所述的高纯度、低成本二硅化钼的制备方法，其特征是：三氧化钼纯度99.5％，二氧化硅纯度99.8％，高纯石墨纯度99.99％。
3.根据权利要求1所述的高纯度、低成本二硅化钼的制备方法，其特征是：V型混料器混料时，每次投料量为100公斤。
4.根据权利要求1所述的高纯度、低成本二硅化钼的制备方法，其特征是：所述工业干粉成型剂为羧甲基纤维素。
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