CN112239211A - 一种高活性硼化锆的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高活性硼化锆的合成方法，将准备好的原始粉末通过天平按配比进行称量，然后放入到滚筒内加入粘合剂混合均匀，然后将混合均匀后的混料采用真空热压炉进行烧结。在制备的过程中不再需要使用球磨、烘干、洗涤等繁琐的步骤，使整个合成的工艺工序更加简单，并且在烧结的过程中没有有害环境的气体排放，在本发明的合成方法中通过控制原始粉末中二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比，保证合成后的硼化锆具有较高的纯度。

Description

一种高活性硼化锆的合成方法

技术领域

本发明涉及高活性硼化锆合成技术领域，具体为一种高活性硼化锆的合成方法。

背景技术

二硼化锆是六方晶系C32型的准金属结构的化合物,，具有六角结构AlB2 型的物质，它的晶格常数为

硼原子面和锆原子面交替出现构成二维网状结构，硼离子和锆离子由于静电作用形成离子键，且离域大兀键中游离态的电子具有可迁移性。这些构造决定ZrB2具有金属光泽及良好的导电性和导热性。二硼化锆的晶格结构以及原子间的相互作用使得二硼化锆具有熔点高、化学稳定性高、硬度高、机械稳定性强等优秀特性，而同时其中的价电子可以通过B原子所组成的离域大兀键在二硼化锆中传输，这种传输使得二硼化锆这种物质拥有优异的导电性，二硼化锆晶体结构非常的稳定，与层状石墨类似，相关研究表明0～300GPa的高压范围内二硼化锆不会出现结构上的相变，相比与大多数的化合物它是非常稳定的。

ZrB2拥有大硬度、较低的热膨胀系数等优异的性能，已在功能材料和各种高温陶瓷材料中得到广泛的应用，如：电极材料、涡轮叶片等；此外，由于它还具备强的耐侵蚀能力、良好的化学稳定性以及一定地中子捕集的能力，所以越来越广泛的被各种行业所应用。就目前来说，制备ZrB2粉体的主要方法有：固相法：直接合成法、还原反应法、自蔓延高温合成法、机械化学法、溶胶-凝胶法。通过ZrCl4和NaBH4为原料制得纯度不高的ZrB2粉体；Setoudeh等以ZrO2和B粉末为原料，在反应温度1100℃以下高能球磨机中球磨70h制得粒度分布不均匀的ZrB2粉体；李运涛等用聚乙酰丙酮锆、酚醛树脂和硼酸为原料采用醇盐溶胶-凝胶的方法在制备工艺为1600℃保温2小时的条件下制备出了微米级的二硼化锆粉体产物。

在上述的制备ZrB2粉体的主要方法中存在着不足，比如还原法在反应过程中会产生大量的HCL气体，易腐蚀设备并排放有害环境气体；在利用机械化学法合成时，虽然球磨使得在低温就合成了ZrB2粉体，但纯度过低；而溶胶-凝胶的方法合成ZrB2收率不高，无法达到工业化的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高活性硼化锆的合成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高活性硼化锆的合成方法，包括以下技术流程特点：

第一步，准备原始粉末和粘合剂。

第二步，将准备好的原始粉末通过天平按配比进行称量，然后放入到滚筒内加入粘合剂混合均匀。

第三步，然后将混合均匀后的混料采用真空热压炉进行烧结。

优选的，在第一步的操作过程中，所述的原始粉末分别为二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体的混合粉末，所述粘合剂为乙醇粘合剂。

优选的，所述的二氧化锆粉体的粒度为3-10μm，ZrO2≥99.99％；

所述的炭黑粉体的粒度为400目，其中C≥99.9％；

所述的碳化硼粉体的粒度为325目，其中B4C≥99.99％；

所述的氧化硼粉体的粒度为0.5-10u＝μm，其中B2O3≥98.99％；

所述的乙醇粘结剂的浓度≥99.9％。

优选的，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6：0.85：1.5：0.5。

优选的，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.75:1.5:0.5。

优选的，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.65:1.5:0.5。

优选的，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.55:1.5:0.5。

优选的，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.45:1.5:0.5。

优选的，在第三步的操作过程中，烧结的具体步骤为，将混料加入到真空热压炉内后，开启机械泵将真空热压炉内抽真空至30Pa以下，打开扩散泵抽空至10-3Pa，在升温至1000℃过程中，持续抽真空，当温度到达1000℃以上时关闭机械泵停止抽真空，打开进气阀，充入氩气保护，至1800℃保温1h，当保温结束后，关闭加热电源，在保持氩气保护条件下进行随炉冷却，当温度降到1000℃以下时，停止充入氩气，冷却至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将原始粉末与粘合剂均匀混合后，通过真空热压炉进行烧结，合成高活性硼化锆，在制备的过程中不再需要使用球磨、烘干、洗涤等繁琐的步骤，使整个合成的工艺工序更加简单，并且在烧结的过程中没有有害环境的气体排放，在本发明的合成方法中通过控制原始粉末中二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比，保证合成后的硼化锆具有较高的纯度。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例一

本实施例提出一种技术方案：一种高活性硼化锆的合成方法，包括以下技术流程特点：

第一步，准备原始粉末和粘合剂，原始粉末分别为二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体的混合粉末，粘合剂为乙醇粘合剂，二氧化锆粉体的粒度为3-10μm，ZrO2≥99.99％，炭黑粉体的粒度为400目，其中C ≥99.9％，碳化硼粉体的粒度为325目，其中B4C≥99.99％，氧化硼粉体的粒度为0.5-10u＝μm，其中B2O3≥98.99％，乙醇粘结剂的浓度≥99.9％；

第二步，将准备好的原始粉末通过天平按配比进行称量，二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.85:1.5:0.5，用天平准确称量二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体分别为20.34g、 2.88g、5.29g、1.69g，然后放入到滚筒内加入乙醇粘合剂混合均匀，乙醇粘合剂为10ml，加入滚筒内后混合时间大于30分钟，混合均匀，根据固相反应： ZrO2+B4C+C+B2O3—ZrB2+CO，制得所需ZrB2粉末；

第三步，然后将混合均匀后的混料采用真空热压炉进行烧结，真空热压炉的发热体为石墨管，发热体外部采用用石墨毡，厚度约200mm作为保温层，然后在石墨毡外侧放置约100mm氧化锆纤维毡作为绝缘层，在进行烧结的过程中分为升温阶段、保温阶段和降温阶段，在升温阶段中：开机械泵抽真空至30Pa以下，打开扩散泵抽空至10-3Pa，在升温至1000℃过程中，要持续抽真空，以利于粉体间气体的顺利排出，在合成的过程中不会使有害气体向外排出，保温阶段：当温度到1000℃以上时关闭停止抽真空，打开进气阀，充入氩气保护，至1800℃保温1h，降温阶段：当温度降到1000℃以下时，停止充入氩气，冷却至室温，完成硼化锆的制备。

实施例二

本实施例提出一种技术方案与实施例一内方案的不同之处在于：所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为 6:0.75:1.5:0.5，具体为通过天平准确称量二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体分别为20.57g、2.57g、5.14g、1.71g，通过本实施例所制作的ZrB2粉体纯度较高，ZrC峰强度有所增加。

实施例三

本实施例提出一种技术方案与实施例一内方案的不同之处在于：所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为 6:0.65:1.5:0.5，具体为通过天平准确称量二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体分别为20.80g、2.25g、5.20g、1.73g，通过本实施例所制作的ZrB2粉体纯度较高，ZrC峰强度增长较大。

实施例四

本实施例提出一种技术方案与实施例一内方案的不同之处在于：所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为 6:0.55:1.5:0.5，具体为通过天平准确称量二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体分别为21.04g、1.5g、5.26g、1.75g，通过本实施例所制作的ZrB2粉体ZrB2峰强较低，ZrC峰强度增长很大。

实施例五

本实施例提出一种技术方案与实施例一内方案的不同之处在于：所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为 6:0.45:1.5:0.5，具体为通过天平准确称量二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体分别为21.30g、1.60g、5.32g、1.78g，通过本实施例所制作的ZrB2粉体ZrB2峰强较低，ZrC峰强度增长很大

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖子本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于以下技术流程特点：

第一步，准备原始粉末和粘合剂。

第二步，将准备好的原始粉末通过天平按配比进行称量，然后放入到滚筒内加入粘合剂混合均匀。

第三步，然后将混合均匀后的混料采用真空热压炉进行烧结。

2.根据权利要求1所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，在第一步的操作过程中，所述的原始粉末分别为二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体的混合粉末，所述粘合剂为乙醇粘合剂。

3.根据权利要求2所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，所述的二氧化锆粉体的粒度为3-10μm，ZrO2≥99.99％；

所述的炭黑粉体的粒度为400目，其中C≥99.9％；

所述的碳化硼粉体的粒度为325目，其中B4C≥99.99％；

所述的氧化硼粉体的粒度为0.5-10u＝μm，其中B2O3≥98.99％；

所述的乙醇粘结剂的浓度≥99.9％。

4.根据权利要求1所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，在第二步的操作过程中，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6：0.85：1.5：0.5。

5.根据权利要求1所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，在第二步的操作过程中，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.75:1.5:0.5。

6.根据权利要求1所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，在第二步的操作过程中，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.65:1.5:0.5。

7.根据权利要求1所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，在第二步的操作过程中，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.55:1.5:0.5。

8.根据权利要求1所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，在第二步的操作过程中，所述原始粉末内二氧化锆粉体、炭黑粉体、碳化硼粉体和氧化硼粉体之间的配比为6:0.45:1.5:0.5。

9.根据权利要求1所述的一种高活性硼化锆的合成方法，其特征在于，在第三步的操作过程中，烧结的具体步骤为，将混料加入到真空热压炉内后，开启机械泵将真空热压炉内抽真空至30Pa以下，打开扩散泵抽空至10-3Pa，在升温至1000℃过程中，持续抽真空，当温度到达1000℃以上时关闭机械泵停止抽真空，打开进气阀，充入氩气保护，至1800℃保温1h，当保温结束后，关闭加热电源，在保持氩气保护条件下进行随炉冷却，当温度降到1000℃以下时，停止充入氩气，冷却至室温。