专利名称：一种高纯超细二硼化锆粉料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本制备高纯超细二硼化锆(ZrB2)粉料及其方法，属于陶瓷材料领域。
背景技术：
二硼化锆(ZrB2)具有高熔点、高硬度、导电导热性好、良好的阻燃性、耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性等特点，在航空航天的超高温结构部件、铸造行业使用的坩埚和耐火材料、冶炼金属的电极材料等很多领域有着十分广阔的应用前景。
目前制备这种二硼化锆粉体的方法主要有四种第一种方法是自蔓延高温合成法(SHS)(文献1中国发明专利200510010014)；第二种方法是二氧化锆硼化还原法(文献2J.Am.Ceram.Soc.，78[9]2534-36(1995))；第三种方法是电解含有金属氧化物和B2O3的熔融盐浴法(文献3陶瓷-金属复合材料53(2004))；第四种方法是直接固相反应合成法。方法一过程简单，时间短，能耗小，合成粉末活性高，但是由于其反应速度太快，反应有时会进行得不完全，杂质相应的也会比较多，而且其反应过程、产物结构以及性能不容易控制。方法二比较适合工业化大量生产，但是其缺点是比较容易引入杂质，制备得到的产物纯度不高。方法三通常反应不容易进行完全，产物颗粒较大，活性不高，不利于后加工处理。方法四受原料较昂贵的限制，而且往往产物活性不高。
本发明提出的一种高纯超细二硼化锆(ZrB2)粉料的碳热还原硼化法，正是填补了低成本制备高纯超细二硼化锆粉体方面的技术空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本制备高纯超细二硼化锆粉料的方法，利用碳热还原硼化法制备高纯超细的二硼化锆粉料。本发明简便易行、产率高、纯度高、效率高、适合工业化规模生产。
本发明提出的一种高纯超细二硼化锆粉料，其特征在于所述粉料含有氧氯化锆、碳化硼粉、活性碳粉，其摩尔比配比为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)。
本发明提出的一种高纯超细二硼化锆粉料的制备方法，其特征在于所述方法依次按如下步骤进行(1)按摩尔比配比为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)称量配料，首先将B4C和C粉放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50～80的比例加入去离子水，搅拌，将pH值调节到2～5，得到B4C和C粉混合悬浮液；
(2)按配方称取氧氯化锆，并将氧氯化锆∶去离子水按1∶50～80的比例制成氧氯化锆溶液；(3)将步骤1得到的B4C和C粉混合悬浮液与步骤2得到的氧氯化锆溶液混和，磁力搅拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到pH值大于9；(4)使用离心或抽滤的方法使步骤3获得的悬浮体固液分离，并用水洗，去除NH4+和Cl-，之后放入烘箱中在80～100℃烘干后，过100目筛；(5)将步骤4得到的粉料放入石墨或氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500～1600℃，保温0.5～4小时；(6)然后将步骤5得到的粉体进一步磨细，过300～500目筛，即得到含量大于99％，粒度为微米或亚微米级的ZrB2粉体。
利用本发明可以利用廉价的原料氧氯化锆以及简单的生产设备，就可大批量地合成高纯(＞99wt％)、超细(微米或亚微米)的二硼化锆粉料。经XRD检测，粉料中主要成分是ZrB2，颗粒呈等轴状形状。
本发明简便易行、产率高、纯度高、效率高、适合工业化规模生产。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明(1).原料氧氯化锆(ZrOCl2，～300目，纯度＞99％，)、碳化硼粉(B4C，3.5μm，纯度＞99％)、活性碳粉(分析纯)，氨水(分析纯)。
(2).配比(摩尔比，下同)原料配比为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)(3).按(2)中配方称量配料。首先将B4C和C粉放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50～80的比例加入去离子水，搅拌0.5～1h，将pH值调节到2～5，得到B4C和C粉混合悬浮液。
(4).按(2)中配方称取氧氯化锆，并将氧氯化锆∶去离子水按1∶50～80的比例制成氧氯化锆溶液。
(5).将(3)中的B4C和C粉混合悬浮液与(4)中的氧氯化锆溶液混和，磁力搅拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到pH值大于9。
(6).使用离心或抽滤的方法使(5)中的悬浮体固液分离，并用水洗3遍，去除NH4+和Cl-。之后放入烘箱中在80～100℃彻底烘干后，过100目筛。
(7).将过程(6)中的粉料放入石墨或氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500～1600℃，保温0.5～4小时。
(8)然后将(7)中得到的粉体进一步磨细，可采用球磨方法或搅拌磨的方法，过300～500目筛，即可得到含量大于99％，粒度为微米或亚微米级的ZrB2粉体。
实施例一选用配方为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.5∶1.5(摩尔比)。首先，按照配方称量B4C和碳粉，放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50的比例加入去离子水，将其PH值调节到2～5，然后搅拌分散30min。另取一个烧杯，按照配方称取氧氯化锆，按氧氯化锆∶H2O＝1∶80的比例加入去离子水，使氧氯化锆充分溶解，得到透明的溶液。将分散后B4C和碳粉的悬浮液与氧氯化锆溶液混和，采用磁力搅拌，边搅拌边向混合溶液中逐滴滴加25％浓度的氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后将悬浮液抽滤，并反复水洗3遍。然后放入烘箱中，在100℃充分烘干。将烘干的粉料过100目筛，放入氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1550℃，保温1小时。取出合成的粉体放入球磨罐中充分球磨磨细，过300目筛，即可得到ZrB2的粉料。经相关分析可知，所得到的粉料主要成分为ZrB2，纯度为99.2wt％，平均粒径为1.2μm。
实施例二选用配方为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.55∶1.5(摩尔比)。首先，按照配方称量B4C和碳粉，放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶60的比例加入去离子水，将其PH值调节到2～5，然后搅拌分散1h。另取一个烧杯，按照配方称取氧氯化锆，按氧氯化锆∶H2O＝1∶60的比例加入去离子水，使氧氯化锆充分溶解，得到透明的溶液。将分散后B4C和碳粉的悬浮液与氧氯化锆溶液混和，采用磁力搅拌，边搅拌边向混合溶液中逐滴滴加25％浓度的氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后将悬浮液抽滤，并反复水洗3遍。然后放入烘箱中，在100℃充分烘干。将烘干的粉料过100目筛，放入石墨坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500℃，保温4小时。取出合成的粉体放入搅拌磨中充分磨细，过300目筛，即可得到ZrB2的粉料。经相关分析可知，所得到的粉料主要成分为ZrB2，纯度为99.0wt％，平均粒径为0.8μm。
实施例三选用配方为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶0.6∶1.65(摩尔比)。首先，按照配方称量B4C和碳粉，放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶80的比例加入去离子水，将其PH值调节到2～5，然后搅拌分散1h。另取一个烧杯，按照配方称取氧氯化锆，按氧氯化锆∶H2O＝1∶50的比例加入去离子水，使氧氯化锆充分溶解，得到透明的溶液。将分散后B4C和碳粉的悬浮液与氧氯化锆溶液混和，采用磁力搅拌，边搅拌边向混合溶液中逐滴滴加25％浓度的氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到PH值大于9。然后将悬浮液抽滤，并反复水洗3遍。然后放入烘箱中，在80℃充分烘干。将烘干的粉料过100目筛，放入石墨坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1600℃，保温1小时。取出合成的粉体放入搅拌磨中充分磨细，过300目筛，即可得到ZrB2的粉料。经相关分析可知，所得到的粉料主要成分为ZrB2，纯度为99.5wt％，平均粒径为1.5μm。
权利要求
1.一种高纯超细二硼化锆粉料，其特征在于所述粉料含有氧氯化锆、碳化硼粉、活性碳粉，其摩尔比配比为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)。
2.制备如权利要求1所述的一种高纯超细二硼化锆粉料的方法，其特征在于所述方法依次按如下步骤进行(1)按摩尔比配比为ZrOCl2∶B4C∶C＝1∶(0.4～0.8)∶(1.4～1.8)称量配料，首先将B4C和C粉放入烧杯中，按固体∶H2O＝1∶50～80的比例加入去离子水，搅拌，将pH值调节到2～5，得到B4C和C粉混合悬浮液；(2)按配方称取氧氯化锆，并将氧氯化锆∶去离子水按1∶50～80的比例制成氧氯化锆溶液；(3)将步骤1得到的B4C和C粉混合悬浮液与步骤2得到的氧氯化锆溶液混和，磁力搅拌，并逐滴滴加氨水，使氧氯化锆充分水解沉淀，直到pH值大于9；(4)使用离心或抽滤的方法使步骤3获得的悬浮体固液分离，并用水洗，去除NH4+和Cl-，之后放入烘箱中在80～100℃烘干后，过100目筛；(5)将步骤4得到的粉料放入石墨或氧化铝坩埚中，在真空炉中进行反应合成，流动氩气保护，合成温度1500～1600℃，保温0.5～4小时；(6)然后将步骤5得到的粉体进一步磨细，过300～500目筛，即得到含量大于99％，粒度为微米或亚微米级的ZrB2粉体。
全文摘要
本发明涉及一种高纯超细二硼化锆粉料及其方法，属于陶瓷材料领域。其特征在于所述粉料含有氧氯化锆、碳化硼粉、活性碳粉，其摩尔比配比为ZrOCl
文档编号C04B35/58GK1948152SQ20061011442
公开日2007年4月18日 申请日期2006年11月10日 优先权日2006年11月10日
发明者汪长安, 王海龙, 方岱宁, 黄勇 申请人:清华大学