[發(fā)明專利]具有層狀結(jié)構(gòu)的三元硼化物陶瓷材料制備方法及其制品

在審

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• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111763089A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉會軍;王瑩;曾潮流;付超
• 申請（專利權(quán)）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/626
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 袁燕清

本發(fā)明公開了一種具有層狀結(jié)構(gòu)的三元硼化物陶瓷材料制備方法及其制品，本發(fā)明制備方法包括以下步驟：將原料M、A、B按照摩爾比1:1:1進行配料，再與一定量的鹽混合，經(jīng)球磨后獲得原料混合物；將原料混合物壓制成型，在惰性氣氛下高溫反應(yīng)并保溫一段時間，在冷卻后，獲得混合物料；去除所述混合物料中的熔鹽，即得到所述具有層狀結(jié)構(gòu)的三元硼化物陶瓷材料。本發(fā)明制備方法簡易，利于實現(xiàn)，通過熔鹽法在相對較低的溫度合成三元硼化物陶瓷材料，從而降低能耗和生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，且工藝穩(wěn)定、安全可靠、綠色無污染、便于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明所制得的三元硼化物陶瓷材料能夠應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)件以及電池材料和超級電容器中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有層狀結(jié)構(gòu)的三元硼化物陶瓷材料制備方法及其制品。

背景技術(shù)

二元過渡金屬硼化物具有高熔點、高硬度以及良好的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性、優(yōu)異的耐磨性和較高的抗腐蝕性能，故大量應(yīng)用于工程中，例如可以將其應(yīng)用于耐磨涂層和高溫結(jié)構(gòu)件等。然而，其斷裂韌性和損傷容限較低、工程造價高等缺點限制了過渡金屬硼化物在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，因此，提高如何其機械加工性能以拓寬過渡金屬硼化物的應(yīng)用領(lǐng)域具有非常重要的意義。

人們發(fā)現(xiàn)，一種三元層狀過渡金屬硼化物，兼具金屬和陶瓷的特性，有很好的應(yīng)用前景。它是由過渡金屬、Al和B元素作為前驅(qū)體制備而成的，被命名為MAB相陶瓷。這一想法來源于最近被人們廣泛研究的三元過渡金屬碳化物——MAX相。MAX相的表達式為M_n+1AX_n(n＝1,2,3)，其中，M是過渡金屬元素，A是主族元素(13-16)，X是C或者N元素，相鄰的M原子層周期性地分開被A原子層，這種層狀結(jié)構(gòu)使得MAX相有很多優(yōu)異的性能，例如良好的導(dǎo)電性，耐磨性，催化性能，進而可廣泛應(yīng)用于電池，電容器，儲氫，催化，潤滑油等領(lǐng)域。MAB與MAX具有相似的層狀結(jié)構(gòu)，因此MAB在上述領(lǐng)域中亦有潛在的應(yīng)用。

當(dāng)MAB相陶瓷處于富氧環(huán)境中時，在很寬的溫度范圍內(nèi)其表面能均能形成具有保護性的B₂O₃和Al₂O₃保護膜，從而提高其抗氧化性能。與此同時，密度泛函理論預(yù)測其具有良好的機械性能，如較高的損傷容限和良好的加工性能。然而，目前報道的MAB相陶瓷合成方法均具有設(shè)備及工藝復(fù)雜、合成溫度高(1400℃)、時間長以及產(chǎn)物純度低等特點。因此，高純度MAB相陶瓷的低溫大規(guī)模制備顯得尤為重要。熔鹽法因所需設(shè)備和工藝簡單、合成溫度相對較低等優(yōu)點已經(jīng)被成功的應(yīng)用于Ti₃SiC₂，Cr₂AlC和Ti₃AlC₂等MAX相陶瓷的制備。故本發(fā)明將采用熔鹽法在較低溫度下高效的合成MAB相陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有層狀結(jié)構(gòu)的三元硼化物陶瓷材料制備方法及其制品。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：

一種具有層狀結(jié)構(gòu)的三元硼化物陶瓷材料制備方法，其特征在于：其包括以下步驟：

(1)原料的混合：將原料M、A、B按照摩爾比1:1:1進行配料，再與一定量的鹽混合，經(jīng)球磨后獲得原料混合物；

(2)熔鹽法合成目標(biāo)產(chǎn)物：將原料混合物壓制成型，在惰性氣氛下高溫反應(yīng)并保溫一段時間，在冷卻后，獲得含有反應(yīng)產(chǎn)物與熔鹽的混合物料；

(3)分離并獲得目標(biāo)產(chǎn)物：去除所述混合物料中的熔鹽，即得到具有層狀結(jié)構(gòu)的三元硼化物陶瓷材料。