CN1948152A - 一种高纯超细二硼化锆粉料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高纯超细二硼化锆粉料及其方法，属于陶瓷材料领域。其特征在于：所述粉料含有氧氯化锆、碳化硼粉、活性碳粉，其摩尔比配比为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.4～0.8∶1.4～1.8。其制备方法是先按配比将B4C、C粉和H2O混合，调节pH值，得到B4C和C粉混合悬浮液；将氧氯化锆溶解于去离子水中，制成氧氯化锆溶液；将混合悬浮液与氧氯化锆溶液混和，加氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀；将悬浮体固液分离，水洗，去除NH4 +和Cl－，烘干后过筛；再将粉料放入真空炉中进行反应合成，合成温度1500～1600℃，保温0.5～4小时；粉体磨细，过筛。本发明用廉价的原料氧氯化锆以及简单的生产设备，可大批量合成高纯、超细二硼化锆粉料。经XRD检测，粉料中主要成分是ZrB2，颗粒呈等轴状形状。
Description
技术领域
本发明涉及一种低成本制备高纯超细二硼化锆(ZrB2)粉料及其方法，属于陶瓷材料领域。
背景技术
二硼化锆(ZrB2)具有高熔点、高硬度、导电导热性好、良好的阻燃性、耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性等特点，在航空航天的超高温结构部件、铸造行业使用的坩埚和耐火材料、冶炼金属的电极材料等很多领域有着十分广阔的应用前景。
目前制备这种二硼化锆粉体的方法主要有四种：第一种方法是自蔓延高温合成法(SHS)(文献1：中国发明专利：200510010014)；第二种方法是二氧化锆硼化还原法(文献2：J.Am.Ceram.Soc.，78[9]2534-36(1995))；第三种方法是电解含有金属氧化物和B2O3的熔融盐浴法(文献3：陶瓷-金属复合材料：53(2004))；第四种方法是直接固相反应合成法。方法一过程简单，时间短，能耗小，合成粉末活性高，但是由于其反应速度太快，反应有时会进行得不完全，杂质相应的也会比较多，而且其反应过程、产物结构以及性能不容易控制。方法二比较适合工业化大量生产，但是其缺点是比较容易引入杂质，制备得到的产物纯度不高。方法三通常反应不容易进行完全，产物颗粒较大，活性不高，不利于后加工处理。方法四受原料较昂贵的限制，而且往往产物活性不高。
本发明提出的一种高纯超细二硼化锆(ZrB2)粉料的碳热还原硼化法，正是填补了低成本制备高纯超细二硼化锆粉体方面的技术空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本制备高纯超细二硼化锆粉料的方法，利用碳热还原硼化法制备高纯超细的二硼化锆粉料。本发明简便易行、产率高、纯度高、效率高、适合工业化规模生产。
本发明提出的一种高纯超细二硼化锆粉料，其特征在于：所述粉料含有氧氯化锆、碳化硼粉、活性碳粉，其摩尔比配比为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)。
本发明提出的一种高纯超细二硼化锆粉料的制备方法，其特征在于：所述方法依次按如下步骤进行：
(1)按摩尔比配比为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)称量配料，首先将B4C和C粉放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50～80的比例加入去离子水，搅拌，将pH值调节到2～5，得到B4C和C粉混合悬浮液；
(2)按配方称取氧氯化锆，并将氧氯化锆∶去离子水按1∶50～80的比例制成氧氯化锆溶液；
(3)将步骤1得到的B4C和C粉混合悬浮液与步骤2得到的氧氯化锆溶液混和，磁力搅拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到pH值大于9；
(4)使用离心或抽滤的方法使步骤3获得的悬浮体固液分离，并用水洗，去除NH4 +和Cl-，之后放入烘箱中在80～100℃烘干后，过100目筛；
(5)将步骤4得到的粉料放入石墨或氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500～1600℃，保温0.5～4小时；
(6)然后将步骤5得到的粉体进一步磨细，过300～500目筛，即得到含量大于99％，粒度为微米或亚微米级的ZrB2粉体。
利用本发明可以利用廉价的原料氧氯化锆以及简单的生产设备，就可大批量地合成高纯(＞99wt％)、超细(微米或亚微米)的二硼化锆粉料。经XRD检测，粉料中主要成分是ZrB2，颗粒呈等轴状形状。
本发明简便易行、产率高、纯度高、效率高、适合工业化规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
(1).原料：
氧氯化锆(ZrOCl2，～300目，纯度＞99％，)、碳化硼粉(B4C，3.5μm，纯度＞99％)、活性碳粉(分析纯)，氨水(分析纯)。
(2).配比(摩尔比，下同)：
原料配比为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)
(3).按(2)中配方称量配料。首先将B4C和C粉放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50～80的比例加入去离子水，搅拌0.5～1h，将pH值调节到2～5，得到B4C和C粉混合悬浮液。
(4).按(2)中配方称取氧氯化锆，并将氧氯化锆∶去离子水按1∶50～80的比例制成氧氯化锆溶液。
(5).将(3)中的B4C和C粉混合悬浮液与(4)中的氧氯化锆溶液混和，磁力搅拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到pH值大于9。
(6).使用离心或抽滤的方法使(5)中的悬浮体固液分离，并用水洗3遍，去除NH4 +和Cl-。之后放入烘箱中在80～100℃彻底烘干后，过100目筛。
(7).将过程(6)中的粉料放入石墨或氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500～1600℃，保温0.5～4小时。
(8)然后将(7)中得到的粉体进一步磨细，可采用球磨方法或搅拌磨的方法，过300～500目筛，即可得到含量大于99％，粒度为微米或亚微米级的ZrB2粉体。
实施例一：
选用配方为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.5∶1.5(摩尔比)。首先，按照配方称量B4C和碳粉，放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50的比例加入去离子水，将其PH值调节到2～5，然后搅拌分散30min。另取一个烧杯，按照配方称取氧氯化锆，按氧氯化锆∶H2O＝1∶80的比例加入去离子水，使氧氯化锆充分溶解，得到透明的溶液。将分散后B4C和碳粉的悬浮液与氧氯化锆溶液混和，采用磁力搅拌，边搅拌边向混合溶液中逐滴滴加25％浓度的氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后将悬浮液抽滤，并反复水洗3遍。然后放入烘箱中，在100℃充分烘干。将烘干的粉料过100目筛，放入氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1550℃，保温1小时。取出合成的粉体放入球磨罐中充分球磨磨细，过300目筛，即可得到ZrB2的粉料。经相关分析可知，所得到的粉料主要成分为ZrB2，纯度为99.2wt％，平均粒径为1.2μm。
实施例二：
选用配方为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.55∶1.5(摩尔比)。首先，按照配方称量B4C和碳粉，放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶60的比例加入去离子水，将其PH值调节到2～5，然后搅拌分散1h。另取一个烧杯，按照配方称取氧氯化锆，按氧氯化锆∶H2O＝1∶60的比例加入去离子水，使氧氯化锆充分溶解，得到透明的溶液。将分散后B4C和碳粉的悬浮液与氧氯化锆溶液混和，采用磁力搅拌，边搅拌边向混合溶液中逐滴滴加25％浓度的氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后将悬浮液抽滤，并反复水洗3遍。然后放入烘箱中，在100℃充分烘干。将烘干的粉料过100目筛，放入石墨坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500℃，保温4小时。取出合成的粉体放入搅拌磨中充分磨细，过300目筛，即可得到ZrB2的粉料。经相关分析可知，所得到的粉料主要成分为ZrB2，纯度为99.0wt％，平均粒径为0.8μm。
实施例三：
选用配方为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.6∶1.65(摩尔比)。首先，按照配方称量B4C和碳粉，放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶80的比例加入去离子水，将其PH值调节到2～5，然后搅拌分散1h。另取一个烧杯，按照配方称取氧氯化锆，按氧氯化锆∶H2O＝1∶50的比例加入去离子水，使氧氯化锆充分溶解，得到透明的溶液。将分散后B4C和碳粉的悬浮液与氧氯化锆溶液混和，采用磁力搅拌，边搅拌边向混合溶液中逐滴滴加25％浓度的氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后将悬浮液抽滤，并反复水洗3遍。然后放入烘箱中，在80℃充分烘干。将烘干的粉料过100目筛，放入石墨坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1600℃，保温1小时。取出合成的粉体放入搅拌磨中充分磨细，过300目筛，即可得到ZrB2的粉料。经相关分析可知，所得到的粉料主要成分为ZrB2，纯度为99.5wt％，平均粒径为1.5μm。
Claims (2)
1、一种高纯超细二硼化锆粉料，其特征在于：所述粉料含有氧氯化锆、碳化硼粉、活性碳粉，其摩尔比配比为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)。
2、制备如权利要求1所述的一种高纯超细二硼化锆粉料的方法，其特征在于：所述方法依次按如下步骤进行：
(1)按摩尔比配比为：ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)称量配料，首先将B4C和C粉放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50～80的比例加入去离子水，搅拌，将pH值调节到2～5，得到B4C和C粉混合悬浮液；
(2)按配方称取氧氯化锆，并将氧氯化锆∶去离子水按1∶50～80的比例制成氧氯化锆溶液；
(3)将步骤1得到的B4C和C粉混合悬浮液与步骤2得到的氧氯化锆溶液混和，磁力搅拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到pH值大于9；
(4)使用离心或抽滤的方法使步骤3获得的悬浮体固液分离，并用水洗，去除NH4 +和Cl-，之后放入烘箱中在80～100℃烘干后，过100目筛；
(5)将步骤4得到的粉料放入石墨或氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500～1600℃，保温0.5～4小时；
(6)然后将步骤5得到的粉体进一步磨细，过300～500目筛，即得到含量大于99％，粒度为微米或亚微米级的ZrB2粉体。
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