[發明專利]一種熔鹽輔助碳熱還原制備碳化鉿陶瓷粉體的方法

在審

• 申請號: 201610114043.1
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105732043A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 賈全利;閆帥;張舉;劉新紅;趙飛
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/626;C04B35/63
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民;許延麗

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料技術領域，具體涉及到一種碳化鉿陶瓷粉體的合成方法。

背景技術

碳化鉿（HfC）晶體具有高熔點（3890℃）、高硬度、高彈性系數、良好的電熱傳導性、較小的熱膨脹系數和很好的沖擊性能、穩定性好，耐化學腐蝕等優異性能，在切削工具和模具領域、航天領域、耐高溫內襯、電弧或電解用電極等方面有重要應用。另外，在碳納米管陰極表面蒸鍍HfC薄膜可以很好地改善其場發射性能，在C/C復合材料中引入HfC可以提高其抗燒蝕性能。

目前，國內制備碳化鉿粉體的相關報道主要以鉿（Hf）粉、氧化鉿（HfO₂）為鉿源，以炭黑等為碳源，經高溫碳化或者其他方法制備出碳化鉿粉體，其合成溫度較高，產物還需經過破碎研磨才能得到碳化鉿粉體，具體如下：

文章名為“Synthesisofultra-finehafniumcarbidepowderanditspressurelesssintering”（JournaloftheAmericanCeramicSociety，2010，93(4):980-986）的文獻報道了一種碳化鉿粉體的合成方法，以HfO₂為鉿源，分別以石墨和炭黑為碳源，在1600～1800℃合成HfC粉體。該方法所需溫度較高，合成的碳化鉿塊體需要經過破碎研磨后才能得到碳化鉿粉體。

專利名為“碳化鉿粉體的制備”的中國專利（專利號：CN102225762A）提供了一種碳化鉿的合成方法。其技術方案是將酚醛樹脂與氧化鉿制成泥料，40～100℃固化制粉后壓制成塊，在1300～1800℃氬氣氣氛下，保溫6～8小時合成碳化鉿塊體，經過脫碳破碎后得到碳化鉿粉體。

專利名為“一種碳化鉿納米粉體的制備方法”的中國專利（專利號：CN104671245A）提供了一種碳化鉿粉體的合成方法。其技術方案是，首先制得含鉿的凝膠，將凝膠置于管式爐內，800℃下氬氣氣氛下保溫1-3h制得前驅體粉末，前驅體粉末經球磨后置于放電等離子體燒結爐內1500-1800℃保溫3-10min，冷卻后獲得碳化鉿粉體。

專利名為“一種碳熱還原法低溫制備HfC粉體的方法”的中國專利（專利號：CN103253669）提供了一種碳化鉿粉體的制備方法。其技術方案是，將氧化鉿溶于水或無水乙醇，經超聲分散制得鉿源溶液，碳源溶于溶劑倒入鉿源溶液，然后將反應物置于石墨坩堝內，將石墨坩堝放置在管式爐中，氬氣氣體保護下升溫至1200-1600℃，保溫0.5-2小時，隨爐冷卻，經破碎后獲得碳化鉿粉體。

目前尚沒有檢索到以熔鹽為介質，低溫制備碳化鉿粉體方面的文獻與公開發明專利。

發明內容

本發明的目的正是供一種低成本、工藝簡單、合成溫度低，節約能源，易于規模化生產的熔鹽輔助碳熱還原制備碳化鉿陶瓷粉體的方法。

本發明的目的可通過下述技術措施來實現：

本發明所述的熔鹽輔助碳熱還原制備碳化鉿陶瓷粉體的方法是以HfO₂和蔗糖（可分解產生的具有納米孔的高活性碳）為碳源，在熔鹽介質中經碳熱還原低溫合成出碳化鉿粉體，所述方法步驟如下：

（1）按HfO₂:蔗糖的摩爾比為1:0.3～0.4進行稱量，混合均勻得到混合料1；

（2）將熔鹽NaCl、KC、KF按摩爾比1:1:0.1進行稱量，混合均勻得到鹽混合料2；

（3）將混合料1和鹽混合料2按照重量比1:3～5稱量，混合均勻得到混合粉3；

（4）將混合粉3置于帶蓋的石墨坩堝中，再將坩堝放入管式爐，通入流動的氬氣作為保護氣氛，升溫到1250～1350℃保溫2～6小時，冷卻至室溫后取出；將產物用去離子水洗去鹽份，經離心分離出粉體，烘干制得碳化鉿超細粉體，其粒徑小于3微米。

本發明中所述HfO₂粒度小于0.5μm，HfO₂純度大于99%（重量百分比）；蔗糖純度大于99%（重量百分比）。

本發明的有益效果如下：

1、制備工藝簡單，容易控制。

2、本發明利用熔鹽法的優點，降低了合成溫度，同時合成的碳化鉿粉體粒度小。

3、該方法的優點在于：制備溫度低、粉體純度較高，所制備的粉體中，HfC相的質量百分比大于95％。