[發(fā)明專(zhuān)利]納米硼粉的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010227137.2
• 申請(qǐng)日: 2010-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101863662A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷云樂(lè);王吉林;張來(lái)平;張占輝;錢(qián)瓊麗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/515
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/515;C04B35/626
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷材料制備領(lǐng)域，具體的是涉及納米硼粉的制備方法。

背景技術(shù)

單質(zhì)硼的燃燒熱值約為58.81MJ/kg，比單質(zhì)碳高出一倍以上，大約是鋁的1.9倍、鎂的2.3倍，其容積熱值達(dá)137.94KJ/cm³，約為碳?xì)淙剂系?倍，分別是鋁的1.66倍、鎂的3.09倍。無(wú)定形硼粉具有比表面積大、燃燒熱值高且無(wú)污染、攜帶便利等優(yōu)點(diǎn)，常用作富硼型固體燃料，廣泛用于航空航天、導(dǎo)彈固體推進(jìn)劑、冶金新材料合成等軍事軍工領(lǐng)域。無(wú)定形硼粉還用于汽車(chē)安全氣囊的引燃劑、核反應(yīng)堆的中子吸收劑以及用于醫(yī)藥、陶瓷等領(lǐng)域。

現(xiàn)今已經(jīng)報(bào)道的無(wú)定形硼粉的合成方法主要包括如激光法、鹵化硼氫氣還原法、金屬鎂熱還原法和熔鹽電解法等。其中鎂熱還原法屬于自蔓延高溫合成反應(yīng)(Self-PropagatingHigh-Temperature?Synthesis，簡(jiǎn)稱(chēng)SHS)，反應(yīng)開(kāi)始后不需要供給額外能量就可以自發(fā)進(jìn)行。利用鎂熱還原法合成的無(wú)定形硼粉具有粒度較小、活性較高等優(yōu)點(diǎn)，這使得鎂熱還原法制備硼粉技術(shù)具有十分廣闊的工業(yè)開(kāi)發(fā)前景和較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

然而B(niǎo)₂O₃/Mg鎂熱還原反應(yīng)產(chǎn)生較強(qiáng)熱效應(yīng)，使反應(yīng)溫度不易控制從而導(dǎo)致很高的溫度，將會(huì)合成出許多雜質(zhì)副產(chǎn)物和顆粒粗大，例如生成Mg_xB₂O_(x+1)(x＝2、3)、MgB_x(x＝2、4、6)等副產(chǎn)物雜質(zhì)，降低了硼粉的純度。通常的鎂熱還原制備的硼粉純度一般不高于87％，粒徑一般為0.5～5μm，難以達(dá)到較高的純度和更小的粒度。

對(duì)于B₂O₃/Mg鎂熱還原反應(yīng)體系，為調(diào)控反應(yīng)以便獲得較純和粒徑更細(xì)的硼粉，通常采用三種類(lèi)型稀釋劑：(1)加入過(guò)量B₂O₃；(2)加入過(guò)量Mg；(3)加入惰性稀釋劑，如NaCl、KCl、MgCl₂、MgO等。這些方法對(duì)調(diào)控反應(yīng)作用的效果有限，且采取過(guò)量反應(yīng)物的方法還會(huì)導(dǎo)致熱爆反應(yīng)以及原料消耗過(guò)多，而硼粉純度和粒度很難有明顯改善。為獲得較高純度的硼粉，通常采取復(fù)雜的后處理，如采用三步浸出提純過(guò)程，可將一次浸出提純的硼粉純度由80～87wt.％可提高到90～95wt.％，再經(jīng)烘烤法洗滌提純，硼粉純度可達(dá)94～98.5wt.％。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提出一種納米硼粉的制備方法，采用反應(yīng)活性稀釋劑，通過(guò)吸熱反應(yīng)調(diào)控B₂O₃/Mg鎂熱還原反應(yīng)過(guò)程，控制硼粉自蔓延合成反應(yīng)以便控制產(chǎn)物粒度和抑制副產(chǎn)物形成，一次浸出提純即可獲得純度大于92wt.％的納米硼粉，其工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：納米硼粉的制備方法，其特征在于以B₂O₃、Mg和KBH₄為反應(yīng)原料，經(jīng)混合后在氬氣保護(hù)下于700～850℃引發(fā)自蔓延反應(yīng)，所得反應(yīng)粗產(chǎn)物經(jīng)分離提純即可得到納米硼粉，其中B₂O₃、Mg和KBH₄按質(zhì)量配比計(jì)為B₂O₃∶Mg∶KBH₄＝1∶(0.48～1.02)∶(0.04～0.84)。

按上述方案，所述的B₂O₃為工業(yè)品三氧化二硼粉末，大小為100～300目；Mg為工業(yè)用鎂粉，大小為100～300目；KBH₄的純度≥95wt.％，大小為100～300目。

按上述方案，所述的分離提純步驟是先用0.1～5M鹽酸浸泡反應(yīng)粗產(chǎn)物，并攪拌8～24小時(shí)，然后抽濾、水洗，濾餅經(jīng)80℃真空干燥5～24小時(shí)。

按上述方案，所述的納米硼粉為無(wú)定形硼粉，其純度≥93wt.％，鎂含量≤5wt.％，粒徑為20～120nm。

本發(fā)明中所述的混合步驟是將反應(yīng)原料加入高速混料機(jī)中，混合3～30分鐘，使其混合均勻。本發(fā)明所用的原料三氧化二硼和鎂粉為工業(yè)品，KBH₄以及其他所用試劑都是分析純或化學(xué)純?cè)噭₂O₃/Mg/KBH₄體系自蔓延化學(xué)反應(yīng)方程式如下：