[發明專利]絡合溶膠-凝膠技術微波合成二硼化鉿納米粉體的方法

在審

• 申請號: 202010778256.0
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111848178A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 彭志明
• 申請（專利權）人: 湖南華威景程材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/626;C04B35/63;C04B35/632
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 齊超

本發明提供了一種絡合溶膠?凝膠技術微波合成二硼化鉿納米粉體的方法。制備鉿源溶液和硼源溶膠，以葡萄糖為絡合劑絡合硼酸，再加入環氧丙烷與鉿鹽絡合，通過溶膠?凝膠技術，在較低的合成溫度下制備納米HfB₂粉體。本發明選用氯氧鉿作為無機鉿源，成本低，毒性小；硼酸作為硼源，并選擇多羥基的有機葡萄糖作為絡合劑，形成穩定的HfB₂前驅體溶膠。同時葡萄糖也可以作為碳源參與碳熱還原反應的進行，不需要引入其它碳源。本工藝制備的粉體顆粒尺寸小，成類球狀，分散均勻，合成溫度較低，且在較低的B/Hf下得到高純HfB₂納米粉體。

技術領域

本發明涉及陶瓷粉體材料領域，特別涉及一種絡合溶膠-凝膠技術微波合成二硼化鉿納米粉體的方法。

背景技術

二硼化鉿(HfB₂)是超高溫陶瓷材料(UHTCS)中高溫性能最好的材料之一，具有高熔點(3380℃)，同時具有共價鍵(B-B)和金屬鍵(Hf-B)，故而具有陶瓷和金屬的雙重性質，從而具有高硬度、高抗熱震性能、高熱導率和高電導率等特性，且與鐵水接觸時有良好的化學惰性，而且有低高溫熱膨脹系數和低飽和蒸汽壓等綜合特性。因此成為火箭發動機、超音速飛機、耐火材料以及核控制等極端超高溫服役條件下零部件的優選材料，但是難燒結等問題依舊制約著其應用發展。本發明制備的納米二硼化鉿(HfB₂)粉體可以提高其燒結驅動力，降低燒結溫度，提高零部件結構強度和抗燒蝕性能。

目前制備HfB₂粉體的方法主要有固相法和液相法兩大類。傳統制備方法為固相法，固相法主要包括元素直接合成法、高溫自蔓延法、碳還原法等。采用固相法制備粉體需要的制備溫度較高、合成粉體顆粒尺寸較大、粒度分布不均勻，從而導致粉體燒結活性差，燒結質量差。液相法主要包括水熱法、溶膠-凝膠法和氣相沉積法等。通過在分子/離子級別的原料混合，使合成的陶瓷粉體化學均勻性高、粒徑小、比表面積大，從而有利于降低粉體的燒結溫度。其中溶膠-凝膠法是目前制備HfB₂粉體的研究熱點，此方法的優點是工藝較為簡單，粉體合成溫度相對較低，得到粉體的純度較高，顆粒尺寸小，從而改善陶瓷的燒結特性。

目前雖然能夠成功制備出純度較高的HfB₂粉體，但是在粉體的制備過程中，還存在一些問題，在制備過程中溶膠的穩定性，溶膠-凝膠控制過程等具體步驟還沒有系統化，燒結的溫度偏高(大多在1500-1800℃左右)，粉體分布不均勻，團聚現象明顯等問題依舊存在。另外，目前溶膠-凝膠法采用的鉿源分為有機鉿源和無機鉿源，有機鉿源價格高，毒性大；采用的硼源一般是硼酸(H₃BO₃)，而H₃BO₃只是簡單的溶解在溶液中，并不參與溶膠網絡的構建，從而影響到溶膠分布的均勻性，進一步影響粉體的顯微結構，從而對粉體的性能產生較大的影響。

發明內容

本發明提供了一種絡合溶膠-凝膠技術微波合成二硼化鉿納米粉體的方法，其目的是為了提供一種成本低、工藝簡單、合成溫度較低的制備方法，合成粒徑小，分散均勻的高純HfB₂納米粉體，

為了達到上述目的，本發明提供了一種絡合溶膠-凝膠技術微波合成二硼化鉿納米粉體的方法，包括以下步驟：

步驟1，制備鉿源溶液：

將HfOCl₂·8H₂0加入乙醇溶劑中溶解，并水浴加熱，然后冷卻至室溫，得到鉿源溶液；

步驟2，制備硼源溶膠：

將硼酸和葡萄糖溶解于乙醇中，水浴加熱后，冷卻至室溫，得到硼源溶膠；

步驟3，制備Hf-B混合溶膠：