[發明專利]一種納米堿土金屬硼化物的制備方法

有效

• 申請號: 201510341234.7
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104961137B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 包黎紅;特古斯
• 申請（專利權）人: 內蒙古師范大學
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米堿土金屬硼化物粉末領域，具體涉及到一種利用固相反應法制備出納米堿土金屬硼化物的方法。

技術背景

堿土金屬硼化物(MB₆，M＝Ca，Sr，Ba)具有簡立方晶體結構，其中金屬原子位于(0，0，0)晶位，B原子位于(0.5，0.5，x)晶位。該結構中堿土原子與B原子之間以離子鍵結合為主，B與B之間的共價鍵結合使得該硼化物具有熔點高，硬度大，楊氏模量大，化學穩定好等優點，廣泛應用于超硬材料，耐高溫材料和抗磨損等材料中。最近研究發現，CaB₆不僅具有優良的耐中子輻射能力，而且具有較好的儲氫性能。SrB₆及其復合材料由于其絕緣特性而用作高溫絕緣體和核反應堆的控制。研究者還發現將BaB₆摻入LaB₆陰極后可有效地提高其發射電流密度。基于上述研究堿土金屬六硼化物已成為研究熱點。

中國專利CN1923686 A公開了一種納米六硼化物(RB₆)材料的合成方法。以R(表示元素周期表中從57到71號的稀土金屬元素、金屬Y、堿土金屬Ba，Sr和Ca中任何一種或其中任何兩種的組合)的氯化物為原料，以NaBH4或KBH4為還原劑，在500～600℃的低溫條件下反應，經過洗滌、過濾、干燥，最后得到高純的RB₆納米晶體粉。然而，該方法需要在高壓下進行，對石英反應器設備要求高，且反應產物中會產生堿金屬單質鈉或鉀，在后續處理中會產生極大的安全隱患。另外，該方法制備的硼化物平均粒徑較大(可以通過對反應條件的控制獲得不同形態的納米六硼化合物粉末，其形狀特征是納米或微米級的球形、多面體、薄片狀、針狀、管狀的晶體粉末)，不能滿足超細硼化物的要求。中國專利CN101837987 A公開了一種碘輔助鎂共還原固相反應合成金屬硼化物納米粉體的方法。利用碘輔助鎂共還原固相反應在溫和溫度下合成堿土、稀土金屬六硼化合物及過渡金屬硼化物、三元稀土六硼化合物，是一種普適方法。可以制備得到YB6，ScB6，CeB6，PrB6，NdB6，SmB6，EuB6，CaB6，SrB6，BaB6等，三元稀土六硼化合物以及過渡金屬硼化物。然而，該方法需要使用碘鎂作為還原劑，生產成本非常高。中國專利CN102251251 A公開了一種超細金屬硼化物的制備方法。將多孔的堿土金屬硼酸鹽/稀土金屬硼酸鹽與導電材料復合制成陰極，以不溶性導體材料做陽極，在500-750℃的熔鹽電解槽中進行電解，所用熔鹽電解質中含有氯離子和至少一種堿土金屬陽離子；從電解槽中取出陰極上的還原產物，水洗并酸洗，除去雜質，干燥即得堿土金屬硼化物/稀土金屬硼化物。該方法制得的硼化物粒徑達200nm-20微米。然而，該方法以消耗大量的電能為代價，造成資源浪費且生產成本高。

發明內容

本發明的目的在于解決現有制備方法的粉末晶粒度大、平均粒徑(即晶粒度)難控制等難題，提供一種新的制備方法制備出納米晶金屬硼化物粉末。

本發明具體提供了一種納米堿土金屬硼化物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將摩爾純度為99.9％的堿土金屬氧化物粉末與摩爾純度為99.00％的NaBH₄粉末按質量配比分別放入瑪瑙研缽中，研磨半個小時以上；所述堿土金屬氧化物是CaO，BaO或SrO；所述質量配比是CaO，BaO、SrO與NaBH₄分別為2∶6～2.2∶6，1∶6～1∶10和1∶6～1∶10；

(2)將混合均勻后的粉末裝入石英管中，真空抽至2Pa后將石英管粉末放入退火爐中進行固相反應；退火爐升溫速率為7℃/min；固相反應溫度分別為950℃-1150℃，固相反應時間為2～20小時。

(3)將摩爾純度為37％的鹽酸和蒸餾水按體積比為1∶1的混合均勻得到混合溶液，采用該溶液對步驟2得到的固相反應后的粉末進行2～3次清洗，然后，進行離心分離，干燥，即得納米堿土金屬硼化物。

上述退火爐升溫速率為7℃/min。

通過上述方法制得的CaB₆納米粉末平均粒徑從10nm至150nm連續可調；BaB₆納米粉末平均粒徑從10nm至40nm連續可調；SrB₆納米粉末平均粒徑從10nm至25nm連續可調。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：