[發明專利]一種碳化鋯陶瓷粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201210434740.7
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102924083A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 傅正義;解晶晶;張帆;王玉成;盧常勇;王為民;王皓;張金詠
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/626
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種碳化鋯陶瓷粉體的制備方法。

背景技術

碳化鋯（ZrC）是近幾年來非氧化物陶瓷材料的研究熱點。ZrC屬于過渡金屬碳化物,具有高硬度、強耐磨性、低熱膨脹率、高熱導率、高電導率等優良性能。與碳化硅等其它過渡金屬碳化物相比，ZrC具有更優異的化學物理性質。碳化鋯陶瓷粉末是一種極其重要的新型工程陶瓷原料，其優異的特點使其在硬質合金上有很大的應用空間，可以提高硬質合金強度、耐腐蝕性等。碳化鋯是生產原子能級海綿鋯的原料，可以用作高級耐火材料的添加劑。碳化鋯具有高強度和硬度；其次，對于2200m/s的中子，純鋯的吸收截面為0.18±0.02mb，碳的吸收截面為3.2mb，因此ZrC熱中子吸收截面小；再者，137Cs于1600、1800℃時在ZrC涂層中的擴散系數比在SiC涂層中低兩個數量級，因此ZrC耐輻射性能好，可以做高溫氣冷堆包覆燃料顆粒阻擋層的材料。

碳化鋯是過渡族元素Zr和C形成的一種非化學計量的碳化物即ZrC_x（0.5≤x≤l），這是由于NaCl型晶體結構是一種亞穩態結構，且ZrC極易氧化，其氧化溫度為300℃左右。O原子可取代C原子的位置從而形成ZrCxOy化合物。因此，碳化鋯作為增強碳纖維的抗氧化性的保護材料被廣泛應用。由于碳化鋯的特殊用途，人們對碳化鋯粉體的性能也提出了相應的要求：純度高，氧含量低且晶粒細小。

碳化鋯陶瓷粉末的傳統合成工藝為：低溫合成法、燃燒合成法、碳熱還原法、溶膠-凝膠法等。由這些工藝合成的碳化鋯粉末雖然粒徑可達到幾十到幾百納米，但由于工藝及原料等因素的影響，且中間產物ZrCxOy轉化成ZrC困難，因此普遍存在純度不高的問題。目前，國內外學者用溶膠凝膠方法制備高純、超細的碳化鋯粉末。Mickael?Doll′e?、Dominique?Gosset等，以正丙醇鋯、乙酸及蔗糖為鋯源與碳源制得前驅體。將其在1400～1800℃進行熱處理，得到粒徑為90～150nm的ZrC，氧含量在3?at.～8?at.%之間。?Yongjie?Yan等，以ZrOCl₂·8H₂O、酚醛樹脂分別為鋯源與碳源制得前驅體。將前驅體1400℃保溫1h進行熱處理，得到平均粒徑為200nm的ZrC，但結合碳的含量僅為10.67%（理論碳含量為11.64%）。可見如果采用傳統的熱處理方式，所需合成時間長，能耗大，成本較高。且所得產物中氧含量通常較高或結合碳較理論值偏低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳化鋯陶瓷粉體的制備方法，該方法低成本、節能，采用該方法所得到的碳化鋯陶瓷粉體氧含量低且晶粒細小。

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：一種碳化鋯陶瓷粉體的制備方法，其特征在于它包括如下步驟：

1）原料的選取：按正丙醇鋯與蔗糖的物質量（摩爾比）比為12:3.6～12:4.6[即12:（3.6～4.6）]，正丙醇鋯、稀釋劑正丙醇、螯合劑乙酸的體積比為（2～3）]選取正丙醇鋯、蔗糖、稀釋劑正丙醇(即正丙醇)、螯合劑乙酸；按蔗糖與溶劑乙酸的配比＝（7～8）g:50mL，選取溶劑乙酸；

2）干凝膠粉的制備：

將蔗糖溶于溫度為75～90℃的溶劑乙酸中，所得溶液冷卻至室溫，得到碳源溶液（作為碳源使用）；取稀釋劑正丙醇總體積25～50%的正丙醇與正丙醇鋯混合后置于25～30℃的恒溫水浴鍋中攪拌，添加螯合劑乙酸，攪拌使其混合均勻，得到正丙醇鋯混合液；將余下的正丙醇與碳源溶液混合，得到碳源混合溶液；然后將碳源混合溶液滴加到高速攪拌的正丙醇鋯混合液中，在25～30℃下，攪拌1～3天，混合均勻，生成較好的三維空間網絡結構，經過1～4天陳化后，獲得深紅色的凝膠；凝膠置于80～150℃干燥箱內干燥24～48h，干法研磨1h～2h后，得到干凝膠粉；

3）前驅體粉的制備：

干凝膠粉在氬氣保護的條件下進行熱處理，以3～5℃/min的升溫速率，在600～700℃溫度下保溫30～60min（充分分解及排除有機物），冷卻后進行干法研磨0.5～1h，得到碳化鋯前驅體粉；

4）前驅體粉的熱處理：