一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。其技術(shù)方案是：將1~9wt%的鋯英石粉、1~9wt%的金屬鎂粉、2~10wt%的四硼酸鈉粉、0.1~0.9wt%的碳粉和75~91wt%的鹵化物粉混合，再將混合粉置入管式電爐，在氬氣氣氛下以2~8℃/min的速率升溫至1100~1300℃，保溫2~6小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為2.0~4.0mol/L的鹽酸中浸泡3~8小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后產(chǎn)物至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，干燥，得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。本發(fā)明具有反應(yīng)溫度低、成本低、工藝簡(jiǎn)單、過(guò)程易于控制、產(chǎn)率高和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)前景大的特點(diǎn)；制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體結(jié)晶好、粒度小且分布均勻、無(wú)雜相、純度高、活性高和顆粒團(tuán)聚小。
【專利說(shuō)明】—種硼化錯(cuò)-碳化娃復(fù)合粉體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料粉體【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZrB2的熔點(diǎn)高(3040°C)、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能優(yōu)異，同時(shí)ZrB2與金屬熔體不潤(rùn)濕，與Fe液、Cu液和Al液的潤(rùn)濕角分別為105°、132°和103°，具有優(yōu)良的抗熔融金屬及渣液侵蝕的性能，是一種非常有發(fā)展前途的高溫結(jié)構(gòu)材料。但ZrB2的燒結(jié)難、高溫抗氧化性能差和韌性差的不足大大限制了 ZrB2的應(yīng)用。引入SiC到ZrB2中形成ZrB2-SiC復(fù)合材料，不但可以有效地提高ZrB2的抗氧化性能，還能提高ZrB2的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性倉(cāng)泛。
[0003]ZrB2-SiC復(fù)合粉體的制備方法主要有碳熱還原法、放電等離子燒結(jié)法和自蔓延高溫合成法等。但這些方法都存在一定的不足。
[0004]碳熱還原法是以ZrO2、硼酸和硅溶膠為原料、以炭黑為還原劑、在電爐中加熱至13000C以上合成ZrB2-SiC復(fù)合粉體的方法。該法雖生成成本低、產(chǎn)量大和原料價(jià)廉易得，但工藝過(guò)程復(fù)雜、產(chǎn)品粒度較粗和產(chǎn)物純度較低。放電等離子燒結(jié)法(SPS)是近些年來(lái)倍受重視的一種材料制備新技術(shù)，與傳統(tǒng)研究的技術(shù)相比，放電等離子燒結(jié)法雖在更低溫度和更短的時(shí)間制備出ZrB2-SiC復(fù)合材料，但生產(chǎn)成本高。自蔓延高溫合成法的工藝雖過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)速度快和能耗低，但由于其反應(yīng)速度太快，通常反應(yīng)無(wú)法完全進(jìn)行，導(dǎo)致雜質(zhì)相較多，而且其反應(yīng)過(guò)程、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)以及性能都不容易控制，無(wú)法得到高純度的ZrB2-SiC粉末。
[0005]目前，硼化鋯-碳化鋯復(fù)合粉體的制備技術(shù)都存在一定的不足:成本高，合成粉體的純度較低，工藝過(guò)程復(fù)雜，不易控制，粉體顆粒粒徑分布不均勻，粉體顆粒容易團(tuán)聚等，極大地限制了硼化鋯-碳化鋯復(fù)合粉體的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，目的是提供一種反應(yīng)溫度低、成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、過(guò)程易于控制、產(chǎn)率高和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)前景大的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法。用該方法制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體結(jié)晶好、活性高、粉體粒徑小且分布均勻、顆粒團(tuán)聚小和純度高。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:先將I~9wt%的鋯英石粉、I~9wt%的金屬鎂粉、2~10wt%的四硼酸鈉粉、0.1~0.9wt%的碳粉和75~91wt%的鹵化物粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以2~8°C /min的升溫速率升至1100~1300°C，保溫2~6小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為2.0~4.0moI/L的鹽酸中浸泡3~8小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥10~24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
[0008]所述錯(cuò)英石粉中的ZrSiO4含量≤98wt%,粒徑< 100 μ m。[0009]所述四硼酸鈉微粉中的Na2B4O7含量≥98wt%，粒徑≤200 μ m。
[0010]所述金屬鎂粉中的Mg含量≥99wt%，粒徑≤150 μ m。
[0011 ] 所述碳粉中的C含量≥98wt%，粒徑≤200 μ m。
[0012]所述鹵化物粉為氯化鎂粉、或氯化鎂粉與氟化鈉粉的混合物；氯化鎂和氟化鈉均為工業(yè)純或分析純，粒徑均< 200 μ m。
[0013]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
[0014]1、本發(fā)明在熔融鹽中實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物原子尺度的混合，使反應(yīng)成分在液相中的流動(dòng)性增強(qiáng)，擴(kuò)散速率顯著提高，能有效控制反應(yīng)進(jìn)程、降低反應(yīng)溫度和縮短反應(yīng)時(shí)間，提高反應(yīng)物的使用效率，使產(chǎn)率提高；
[0015]2、本發(fā)明通過(guò)熔鹽法能更容易地控制晶體顆粒的形狀和尺寸，粉體粒度為3~10 μ m，粉體粒徑小且分布均勻；合成產(chǎn)物各組分配比準(zhǔn)確，結(jié)晶好，成分均勻，無(wú)偏析；
[0016]3、本發(fā)明在反應(yīng)過(guò)程及其隨后的清洗過(guò)程中，不需要使用特殊的設(shè)備及工藝，整個(gè)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單；采用酸洗結(jié)合水洗的方法，有利于雜質(zhì)的清除，形成高純的反應(yīng)物，無(wú)雜相；
[0017]4、本發(fā)明的原料來(lái)源廣泛和價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低，具有很大的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)前景。[0018]5、本發(fā)明制備的產(chǎn)物顆粒均勻分散于熔融鹽中，避免了相互連接，使得顆?；钚愿?，分散性很好，極大地降低了溶解洗滌后團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。
[0019]因此，本發(fā)明具有反應(yīng)溫度低、成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、過(guò)程易于控制和產(chǎn)率高的特點(diǎn)；所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體結(jié)晶好、無(wú)雜相、活性高、顆粒團(tuán)聚小、粉體粒度為3~10 μ m且分布均勻、純度高和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的前景大。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面以【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。
[0021]為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】的原料統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
[0022]所述錯(cuò)英石粉中的ZrSiO4含量≥98wt%,粒徑< 100 μ m。
[0023]所述四硼酸鈉微粉中的Na2B4O7含量≥98wt%,粒徑≤200 μ m。
[0024]所述金屬鎂粉中的Mg含量≥99wt%,粒徑< 150 μ m。
[0025]所述碳粉中的C含量≥98wt%,粒徑≤200 μ m。
[0026]所述氯化鎂和氟化鈉均為工業(yè)純或分析純,粒徑均< 200 μ m。
[0027]實(shí)施例1
[0028]一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。將6~9wt%的鋯英石粉、6~9wt%的金屬鎂粉、5~8wt%的四硼酸鈉粉、0.6~0.9wt%的碳粉和75~81wt%的氯化鎂粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以2~4°C /min的升溫速率升至1100~1200°C，保溫2~4小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為2.0~2.5mol/L的鹽酸中浸泡3~5小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥10~24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
[0029]本實(shí)施例所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體純度高，顆粒無(wú)團(tuán)聚，粒度為3~5 μ m0[0030] 實(shí)施例2
[0031 ] 一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。將6-9wt%的鋯英石粉、6-9wt%的金屬鎂粉、5-8wt%的四硼酸鈉粉、0.6-0.9wt%的碳粉和75-81wt%的鹵化物粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以2-4°C /min的升溫速率升至1100-1250°C，保溫3-5小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為3.0-3.5mol/L的鹽酸中浸泡4-6小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥10-24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
[0032]本實(shí)施例中鹵化物為50-70wt%氯化鎂和30-50wt%氟化鈉的混合物；本實(shí)施例所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體純度高，顆粒無(wú)團(tuán)聚，粒度為4-6 μ m。
[0033]實(shí)施例3
[0034]一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。將I-4wt%的鋯英石粉、4-6wt%的金屬鎂粉、7-10wt%的四硼酸鈉粉、0.4-0.6wt%的碳粉和80-86wt%的氯化鎂粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以3-5°C /min的升溫速率升至1100-1200°C，保溫3-5小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為3.5-4.0moI/L的鹽酸中浸泡5-7小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥`10-24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
[0035]本實(shí)施例所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體純度高，顆粒無(wú)團(tuán)聚，粒度為5-7 μ m0
[0036]實(shí)施例4
[0037]一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。將I-4wt%的鋯英石粉、4-6wt%的金屬鎂粉、7-10wt%的四硼酸鈉粉、0.4-0.6wt%的碳粉和80-86wt%的鹵化物粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以3-5°C /min的升溫速率升至1150-1300°C，保溫5-6小時(shí)；然后將將所得產(chǎn)物放入濃度為2.0-2.5mol/L的鹽酸中浸泡3-5小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥10-24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
[0038]本實(shí)施例中鹵化物為60-85wt%氯化鎂和15-40wt%氟化鈉的混合物；本實(shí)施例所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體純度高，顆粒無(wú)團(tuán)聚，粒度為6-8 μ m。
[0039]實(shí)施例5
[0040]一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。將4-6wt%的鋯英石粉、I-4wt%的金屬鎂粉、2-6wt%的四硼酸鈉粉、0.1-0.4wt%的碳粉和85-91wt%的氯化鎂粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以5-8°C /min的升溫速率升至1150-1250°C，保溫5-6小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為2.0-2.5mol/L的鹽酸中浸泡6-8小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥10-24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
[0041]本實(shí)施例所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體純度高，顆粒無(wú)團(tuán)聚，粒度為7-
9μ m0
[0042]實(shí)施例6
[0043]一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體及其制備方法。將4-6wt%的鋯英石粉、I-4wt%的金屬鎂粉、2-6wt%的四硼酸鈉粉、0.1-0.4wt%的碳粉和85-91wt%的鹵化物粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以2-4°C /min的升溫速率升至1100-1200°C，保溫2-4小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為2.5-3.0moI/L的鹽酸中浸泡4-6小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥10-24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。[0044]本實(shí)施例中鹵化物為50-60wt%氯化鎂和40-50wt%氟化鈉的混合物；本實(shí)施例所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體純度高，顆粒無(wú)團(tuán)聚，粒度為8-10 μ m。
[0045]本【具體實(shí)施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果和突出特點(diǎn):
[0046]1、本【具體實(shí)施方式】在熔融鹽中實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物原子尺度的混合，使反應(yīng)成分在液相中的流動(dòng)性增強(qiáng)，擴(kuò)散速率顯著提高，能有效控制反應(yīng)進(jìn)程、降低反應(yīng)溫度和縮短反應(yīng)時(shí)間，提聞反應(yīng)物的使用效率，使廣率提聞;
[0047]2、本【具體實(shí)施方式】通過(guò)熔鹽法能更容易地控制晶體顆粒的形狀和尺寸，粉體粒度為3-10 μ m，粉體粒徑小且分布均勻；合成產(chǎn)物各組分配比準(zhǔn)確，結(jié)晶好，成分均勻，無(wú)偏析；
[0048]3、本【具體實(shí)施方式】在反應(yīng)過(guò)程及其隨后的清洗過(guò)程中，不需要使用特殊的設(shè)備及工藝，整個(gè)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單；采用酸洗結(jié)合水洗的方法，有利于雜質(zhì)的清除，形成高純的反應(yīng)物，無(wú)雜相；
[0049]4、本【具體實(shí)施方式】的原料來(lái)源廣泛和價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低，具有很大的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)前景；
[0050]5、本【具體實(shí)施方式】制備的產(chǎn)物顆粒均勻分散于熔融鹽中，避免了相互連接，使得顆粒活性高，分散性很好，極大地降低了溶解洗滌后團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。
[0051]因此，本【具體實(shí)施方式】具有反應(yīng)溫度低、成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、過(guò)程易于控制和產(chǎn)率高的特點(diǎn)；所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體結(jié)晶好、無(wú)雜相、活性高、顆粒團(tuán)聚小、粉體粒度為3-10 μ m且分布均勻、純度高和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的前景大。
【權(quán)利要求】
1.一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于先將I-9wt%的鋯英石粉、I-9wt%的金屬鎂粉、2-10wt%的四硼酸鈉粉、0.1-0.9wt%的碳粉和75-91wt%的鹵化物粉混合均勻，制得混合粉；再將混合粉置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以2-8°C /min的升溫速率升至1100-1300°C，保溫2-6小時(shí)；然后將所得產(chǎn)物放入濃度為2.0-4.0moI/L的鹽酸中浸泡3-8小時(shí)，過(guò)濾，用去離子水清洗過(guò)濾后的產(chǎn)物，清洗至清洗液中用硝酸銀檢測(cè)無(wú)沉淀產(chǎn)生，在110°C條件下干燥10-24小時(shí)，即得硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述鋯英石粉中的ZrSiO4含量≤98wt%，粒徑≤100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述四硼酸鈉微粉中的Na2B4O7含量≤98wt%，粒徑≤200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述金屬鎂粉中的Mg含量≤ 99wt%,粒徑≤150 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述碳粉中的C含量≤98wt%,粒徑≤200 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于所述鹵化物粉為氯化鎂粉、或氯化鎂粉與氟化鈉粉的混合物；氯化鎂和氟化鈉均為工業(yè)純或分析純，粒徑均 < 200 μ m。
7.一種硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體，其特征在于所述硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體是根據(jù)權(quán)利要求I-6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體的制備方法所制備的硼化鋯-碳化硅復(fù)合粉體。
【文檔編號(hào)】C01B31/36GK103449463SQ201310415283
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】張海軍, 張少偉, 李發(fā)亮, 孔德成, 魯禮林 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)