[發(fā)明專利]一種硼化鋯超細(xì)粉體及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310255538.2
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103304238A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海軍;張少偉;李發(fā)亮;魯禮林
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/626
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料粉體技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種硼化鋯超細(xì)粉體及其制備方法。

背景技術(shù)

ZrB₂的熔點(diǎn)高(3040℃)、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能優(yōu)異，同時ZrB₂與金屬熔體不潤濕，與Fe液、Cu液、Al液的潤濕角分別為105o、132o、103o，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。由于其具有優(yōu)良的耐腐蝕性、良好的導(dǎo)電性和高硬度，可用作高溫?zé)犭娕急Ｗo(hù)套管、電極材料以及切削材料等。也可作為抗氧化劑加入到含碳耐火材料中，能夠提高材料的抗氧化性和抗渣性能。同時ZrB₂還可用做各種高溫耐火材料和功能材料，如鋼水連續(xù)測溫套管、航天航空工業(yè)中渦輪葉片、磁流體發(fā)電電極、特種電爐中高溫發(fā)熱元件和切割加工工具等。ZrB₂應(yīng)用于復(fù)合材料中，能改善材料的機(jī)械性能以及抗熱震性能。目前，作為一種超高溫的精細(xì)陶瓷材料，ZrB₂的用途越來越多，應(yīng)用面越來越廣，受到了人們極大的關(guān)注。因此，具有純度高、粒徑分布均勻、表面活性高、松裝密度低等優(yōu)良特性的硼化鋯粉體，成為上述領(lǐng)域開展優(yōu)質(zhì)陶瓷制備的首選材料。

硼化鋯是強(qiáng)共價鍵化合物，不易燒結(jié)。目前硼化鋯超細(xì)粉體的制備方法有很多種，大致可分為兩類：一類是把由固相反應(yīng)得到的硼化鋯晶體進(jìn)行粉碎的分解方法；另一類是用微粉原料氣相法或液相法等直接合成硼化鋯細(xì)粉的聚集方法。如碳熱(硅熱、鋁熱、鎂熱)還原法、直接反應(yīng)法、溶膠~凝膠法以及自蔓延高溫合成法等。但這些方法都存在一定的不足。

碳熱(硅熱、鋁熱、鎂熱)還原法是以氧化鋯為原料，以焦炭或?yàn)r青為還原劑，在電爐中加熱至1900℃以上，生成塊狀硼化鋯，再經(jīng)破碎、磨細(xì)、酸浸、水洗、分級等多道工序，最終得到硼化鋯粉末。該法生成成本低、產(chǎn)量大、原料價廉易得；但是，工藝過程復(fù)雜、產(chǎn)品粒度較粗（微米以上），產(chǎn)物純度通常較低（一般低于98%）。直接反應(yīng)法是由金屬鋯和硼在惰性氣體或真空中直接反應(yīng)生成ZrB₂，但是，由于該法為固相反應(yīng)，反應(yīng)熱和熔化熱很高，難以進(jìn)行反應(yīng)體系控制，而且反應(yīng)中部分鋯熔化，很難控制其粒徑的大小，所制得的粉體的燒結(jié)活性低。溶膠~凝膠法是制備粉體采用較多的方法，用該法可以在較低溫度下開展硼化鋯粉體的制備工作，有利于高純材料的制備，所得粉體粒徑粒度也較小。但是該法所需原材料價格高，而且粉體在后期處理過程中容易快速團(tuán)聚。以ZrO₂、B₂O₃以及Al(Mg)為原料，自蔓延高溫合成ZrB₂的工藝雖然過程簡單，反應(yīng)速度快，能耗低。但是由于其反應(yīng)速度太快，通常反應(yīng)無法完全進(jìn)行，導(dǎo)致雜質(zhì)相較多，而且其反應(yīng)過程、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)以及性能都不容易控制。同時該法得到的反應(yīng)產(chǎn)物一般為ZrB₂與Al₂O₃（或者M(jìn)gO）的復(fù)合粉體，無法得到高純度的ZrB₂粉末。

因此，目前針對硼化鋯超細(xì)粉體開展的制備技術(shù)，都存在一定的不足。如原料價格較高，純度較低工藝過程復(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超細(xì)粉體的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

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、合成工藝簡單、過程易于控制、產(chǎn)率高的硼化鋯超細(xì)粉體的制備方法。用該方法制備的硼化鋯超細(xì)粉體活性高、顆粒團(tuán)聚小、粉體粒徑分布均勻、純度高和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的前景大。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：將5~15wt%的氧化鋯粉、0.5~4.0wt%的金屬鎂粉、5~20wt%的四硼酸鈉粉和70~88wt%的鹵化物粉混合均勻，制得混合物，再將混合物置入管式電爐內(nèi)，在氬氣氣氛下以2~8℃/min的升溫速率升至1000~1200℃，保溫2~6小時，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，過濾，用去離子水清洗至清洗液為中性，在110℃條件下干燥10~24小時，即得硼化鋯超細(xì)粉體。

所述氧化鋯粉中的ZrO₂含量≥99wt%，粒徑≤10mm。

所述四硼酸鈉微粉中的Na₂B₄O₇含量≥99wt%，粒徑≤200mm。

所述金屬鎂粉中的Mg含量≥98wt%，粒徑≤1000mm。