[發明專利]一種超細過渡金屬硼化物粉體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810535363.3
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108455623A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 郭偉明;吳利翔;譚大旺;牛文彬;曾令勇;林華泰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明屬于超細粉體技術領域，公開一種超細過渡金屬硼化物粉體及其制備方法和應用，所述超細過渡金屬硼化物粉體是將MO₂，Ta₂O₅和B進行球磨混合，干燥后得到MO₂?Ta₂O₅?B混合粉體，再將MO₂?Ta₂O₅?B混合粉體在氣壓低于200Pa或惰性氣氛下進行第一步保溫，得到M_1?xTa_xB₂?B₂O₃粉體，將M_1?xTa_xB₂?B₂O₃粉體在氣壓低于200Pa或惰性氣氛下繼續升溫，進行第二步保溫制得M_1?xTa_xB₂粉體，其中，M＝Zr或Hf，x為0.005～0.2。該粉體團聚度低，具有良好的耐高溫性能，在1800℃以上高溫仍然不發生長大。本發明顯著節約成本，且制備工藝簡單、成本低。

技術領域

本發明屬于超細粉體技術領域，更具體地，涉及一種超細過渡金屬硼化物(M_1-xTa_xB₂)粉體及其制備方法和應用。

背景技術

過渡金屬硼化物MB₂(M＝Zr,Hf)具有高的熔點、硬度、熱穩定性和抗腐蝕性等優異的性能，廣泛用于制作超高溫結構材料、復合材料、薄膜材料，在機械加工、冶金礦產、航天航空等領域有重要的應用。

目前，現有的制備MB₂粉體的方法主要有以下幾種：1)直接合成法：主要利用M單質與單質硼進行化合反應。該方法合成粉末純度高，合成條件比較簡單。但原料昂貴，合成的MB₂粉末粒度粗大，活性低，不利于粉末的燒結以及后加工處理。2)高溫自蔓延法：傳統的SHS法雖然能夠得到高純度的ZrB₂粉體，但是殘留物在其中難以除去；現有的SHS法是利用氫化鋯和單質硼為原料，在氬氣氛圍下合成的，雖然可以獲得粒徑小于1μm的粉體。但是其升溫速率及冷卻速率很快，反應不易完全進行，因此雜質較多，且其反應過程、產物結構以及性能不易控制。3)碳熱還原法：該方法是利用碳熱還原法，將ZrO₂、B₄C、和C粉混合置于電爐中的惰性氣氛下燒結。該方法在高溫下易生產ZrC雜質，難以除去，所以殘留雜質多，副產物復雜，燒結活性低。4)陶瓷前驅體裂解法：利用各種陶瓷前驅體與金屬氧化物、金屬等反應，在較低溫對下裂解，合成出過渡金屬硼化物。5)機械合金化法、液相法等。在以上眾多制備方法中，并不是每一種方法都能合成粒徑小于1μm的MB₂的粉體。即使對于那些能夠合成粒徑小于1μm的制備方法，也因為工藝太過于復雜，而且純度不高。雖然，CN201611021565.3提出了一種簡單方法制備超細粉體，但是本發明人通過大量的實驗發現，當該專利中第二步保溫的溫度高于1800℃時，由于硼化物粉體表面擴散劇烈增強，隨著溫度的進一步提高，硼化物粉體發生迅速長大。然而，超高溫粉體主要用途是作為高超音速飛行器等航空航天領域的噴涂材料，此時，往往承受的溫度遠高于1800℃，所以，CN201611021565.3這一專利在高超音速飛行器等航天航空領域應用具有極大的局限性。基于以上背景，很有必要尋找一種簡單的工藝制備高溫環境(＞1800℃)不長大的超細MB₂粉體(粒徑≤1μm)。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的不足和缺點，提供一種超細過渡金屬硼化物(M_1-xTa_xB₂)粉體。該M_1-xTa_xB₂粉體粒徑小，團聚度低，具有良好的耐高溫性能。