專利名稱：一種高純超細二硼化鋯粉料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低成本制備高純超細二硼化鋯(ZrB2)粉料及其方法，屬于陶瓷材料領域。
背景技術：
二硼化鋯(ZrB2)具有高熔點、高硬度、導電導熱性好、良好的阻燃性、耐熱性、抗氧化性、耐腐蝕性等特點，在航空航天的超高溫結構部件、鑄造行業(yè)使用的坩堝和耐火材料、冶煉金屬的電極材料等很多領域有著十分廣闊的應用前景。
目前制備這種二硼化鋯粉體的方法主要有四種第一種方法是自蔓延高溫合成法(SHS)(文獻1中國發(fā)明專利200510010014)；第二種方法是二氧化鋯硼化還原法(文獻2J.Am.Ceram.Soc.，78[9]2534-36(1995))；第三種方法是電解含有金屬氧化物和B2O3的熔融鹽浴法(文獻3陶瓷-金屬復合材料53(2004))；第四種方法是直接固相反應合成法。方法一過程簡單，時間短，能耗小，合成粉末活性高，但是由于其反應速度太快，反應有時會進行得不完全，雜質相應的也會比較多，而且其反應過程、產(chǎn)物結構以及性能不容易控制。方法二比較適合工業(yè)化大量生產(chǎn)，但是其缺點是比較容易引入雜質，制備得到的產(chǎn)物純度不高。方法三通常反應不容易進行完全，產(chǎn)物顆粒較大，活性不高，不利于后加工處理。方法四受原料較昂貴的限制，而且往往產(chǎn)物活性不高。
本發(fā)明提出的一種高純超細二硼化鋯(ZrB2)粉料的碳熱還原硼化法，正是填補了低成本制備高純超細二硼化鋯粉體方面的技術空白。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本制備高純超細二硼化鋯粉料的方法，利用碳熱還原硼化法制備高純超細的二硼化鋯粉料。本發(fā)明簡便易行、產(chǎn)率高、純度高、效率高、適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明提出的一種高純超細二硼化鋯粉料，其特征在于所述粉料含有氧氯化鋯、碳化硼粉、活性碳粉，其摩爾比配比為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)。
本發(fā)明提出的一種高純超細二硼化鋯粉料的制備方法，其特征在于所述方法依次按如下步驟進行(1)按摩爾比配比為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)稱量配料，首先將B4C和C粉放入燒杯中，按固體∶H2O＝1∶50～80的比例加入去離子水，攪拌，將pH值調節(jié)到2～5，得到B4C和C粉混合懸浮液；
(2)按配方稱取氧氯化鋯，并將氧氯化鋯∶去離子水按1∶50～80的比例制成氧氯化鋯溶液；(3)將步驟1得到的B4C和C粉混合懸浮液與步驟2得到的氧氯化鋯溶液混和，磁力攪拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化鋯充分水解沉淀，直到pH值大于9；(4)使用離心或抽濾的方法使步驟3獲得的懸浮體固液分離，并用水洗，去除NH4+和Cl-，之后放入烘箱中在80～100℃烘干后，過100目篩；(5)將步驟4得到的粉料放入石墨或氧化鋁坩堝中，在真空爐中進行反應合成，流動氬氣保護，合成溫度1500～1600℃，保溫0.5～4小時；(6)然后將步驟5得到的粉體進一步磨細，過300～500目篩，即得到含量大于99％，粒度為微米或亞微米級的ZrB2粉體。
利用本發(fā)明可以利用廉價的原料氧氯化鋯以及簡單的生產(chǎn)設備，就可大批量地合成高純(＞99wt％)、超細(微米或亞微米)的二硼化鋯粉料。經(jīng)XRD檢測，粉料中主要成分是ZrB2，顆粒呈等軸狀形狀。
本發(fā)明簡便易行、產(chǎn)率高、純度高、效率高、適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明(1).原料氧氯化鋯(ZrOCl2，～300目，純度＞99％，)、碳化硼粉(B4C，3.5μm，純度＞99％)、活性碳粉(分析純)，氨水(分析純)。
(2).配比(摩爾比，下同)原料配比為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)(3).按(2)中配方稱量配料。首先將B4C和C粉放入燒杯中，按固體∶H2O＝1∶50～80的比例加入去離子水，攪拌0.5～1h，將pH值調節(jié)到2～5，得到B4C和C粉混合懸浮液。
(4).按(2)中配方稱取氧氯化鋯，并將氧氯化鋯∶去離子水按1∶50～80的比例制成氧氯化鋯溶液。
(5).將(3)中的B4C和C粉混合懸浮液與(4)中的氧氯化鋯溶液混和，磁力攪拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化鋯充分水解沉淀，直到pH值大于9。
(6).使用離心或抽濾的方法使(5)中的懸浮體固液分離，并用水洗3遍，去除NH4+和Cl-。之后放入烘箱中在80～100℃徹底烘干后，過100目篩。
(7).將過程(6)中的粉料放入石墨或氧化鋁坩堝中，在真空爐中進行反應合成，流動氬氣保護，合成溫度1500～1600℃，保溫0.5～4小時。
(8)然后將(7)中得到的粉體進一步磨細，可采用球磨方法或攪拌磨的方法，過300～500目篩，即可得到含量大于99％，粒度為微米或亞微米級的ZrB2粉體。
實施例一選用配方為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.5∶1.5(摩爾比)。首先，按照配方稱量B4C和碳粉，放入燒杯中，按固體∶H2O＝1∶50的比例加入去離子水，將其PH值調節(jié)到2～5，然后攪拌分散30min。另取一個燒杯，按照配方稱取氧氯化鋯，按氧氯化鋯∶H2O＝1∶80的比例加入去離子水，使氧氯化鋯充分溶解，得到透明的溶液。將分散后B4C和碳粉的懸浮液與氧氯化鋯溶液混和，采用磁力攪拌，邊攪拌邊向混合溶液中逐滴滴加25％濃度的氨水，使氧氯化鋯充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后將懸浮液抽濾，并反復水洗3遍。然后放入烘箱中，在100℃充分烘干。將烘干的粉料過100目篩，放入氧化鋁坩堝中，在真空爐中進行反應合成，流動氬氣保護，合成溫度1550℃，保溫1小時。取出合成的粉體放入球磨罐中充分球磨磨細，過300目篩，即可得到ZrB2的粉料。經(jīng)相關分析可知，所得到的粉料主要成分為ZrB2，純度為99.2wt％，平均粒徑為1.2μm。
實施例二選用配方為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.55∶1.5(摩爾比)。首先，按照配方稱量B4C和碳粉，放入燒杯中，按固體∶H2O＝1∶60的比例加入去離子水，將其PH值調節(jié)到2～5，然后攪拌分散1h。另取一個燒杯，按照配方稱取氧氯化鋯，按氧氯化鋯∶H2O＝1∶60的比例加入去離子水，使氧氯化鋯充分溶解，得到透明的溶液。將分散后B4C和碳粉的懸浮液與氧氯化鋯溶液混和，采用磁力攪拌，邊攪拌邊向混合溶液中逐滴滴加25％濃度的氨水，使氧氯化鋯充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后將懸浮液抽濾，并反復水洗3遍。然后放入烘箱中，在100℃充分烘干。將烘干的粉料過100目篩，放入石墨坩堝中，在真空爐中進行反應合成，流動氬氣保護，合成溫度1500℃，保溫4小時。取出合成的粉體放入攪拌磨中充分磨細，過300目篩，即可得到ZrB2的粉料。經(jīng)相關分析可知，所得到的粉料主要成分為ZrB2，純度為99.0wt％，平均粒徑為0.8μm。
實施例三選用配方為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.6∶1.65(摩爾比)。首先，按照配方稱量B4C和碳粉，放入燒杯中，按固體∶H2O＝1∶80的比例加入去離子水，將其PH值調節(jié)到2～5，然后攪拌分散1h。另取一個燒杯，按照配方稱取氧氯化鋯，按氧氯化鋯∶H2O＝1∶50的比例加入去離子水，使氧氯化鋯充分溶解，得到透明的溶液。將分散后B4C和碳粉的懸浮液與氧氯化鋯溶液混和，采用磁力攪拌，邊攪拌邊向混合溶液中逐滴滴加25％濃度的氨水，使氧氯化鋯充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后將懸浮液抽濾，并反復水洗3遍。然后放入烘箱中，在80℃充分烘干。將烘干的粉料過100目篩，放入石墨坩堝中，在真空爐中進行反應合成，流動氬氣保護，合成溫度1600℃，保溫1小時。取出合成的粉體放入攪拌磨中充分磨細，過300目篩，即可得到ZrB2的粉料。經(jīng)相關分析可知，所得到的粉料主要成分為ZrB2，純度為99.5wt％，平均粒徑為1.5μm。
權利要求
1.一種高純超細二硼化鋯粉料，其特征在于所述粉料含有氧氯化鋯、碳化硼粉、活性碳粉，其摩爾比配比為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)。
2.制備如權利要求1所述的一種高純超細二硼化鋯粉料的方法，其特征在于所述方法依次按如下步驟進行(1)按摩爾比配比為ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)稱量配料，首先將B4C和C粉放入燒杯中，按固體∶H2O＝1∶50～80的比例加入去離子水，攪拌，將pH值調節(jié)到2～5，得到B4C和C粉混合懸浮液；(2)按配方稱取氧氯化鋯，并將氧氯化鋯∶去離子水按1∶50～80的比例制成氧氯化鋯溶液；(3)將步驟1得到的B4C和C粉混合懸浮液與步驟2得到的氧氯化鋯溶液混和，磁力攪拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化鋯充分水解沉淀，直到pH值大于9；(4)使用離心或抽濾的方法使步驟3獲得的懸浮體固液分離，并用水洗，去除NH4+和Cl-，之后放入烘箱中在80～100℃烘干后，過100目篩；(5)將步驟4得到的粉料放入石墨或氧化鋁坩堝中，在真空爐中進行反應合成，流動氬氣保護，合成溫度1500～1600℃，保溫0.5～4小時；(6)然后將步驟5得到的粉體進一步磨細，過300～500目篩，即得到含量大于99％，粒度為微米或亞微米級的ZrB2粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高純超細二硼化鋯粉料及其方法，屬于陶瓷材料領域。其特征在于所述粉料含有氧氯化鋯、碳化硼粉、活性碳粉，其摩爾比配比為ZrOCl
文檔編號C04B35/58GK1948152SQ20061011442
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權日2006年11月10日
發(fā)明者汪長安, 王海龍, 方岱寧, 黃勇 申請人:清華大學