专利名称：一种硼化锆-碳化锆复相材料及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硼化锆一碳化锆(ZrB2-ZrC)复相材料及其用途， 属于结构陶瓷材料领域。
背景技术：
ZrB2和ZrC都具有高熔点，高模量，高硬度，高的热导率和电 导率，无相变和良好的抗热震性能，成为高温结构应用的潜在候选材 料。相比ZrC来说，ZrB2具有较好中低温抗氧化能力，相比ZrB2， ZrC在电学和抗中子辐射方面有优势，因此如果能够结合两方面材料 的优点，新的复相材料的发展有望用于耐火材料、电极材料和核控制 材料。
目前，工业上制备ZrB2和ZrC粉体多采用固相法和气相法，由 于其原料采用微米级粉体，制备的粉体粒径比较大，烧结活性差。而 粉体的超细化能够提高烧结过程中驱动力，改善微观结构，提高机械 性能，因此超细复合粉体的制备受到广泛的重视。
液相法特别是溶胶-凝胶法在制备过程中形成无定形的亚稳相， 反应接触面积大，是低温制备超细粉体的常用方法，通常用来制备氧 化物粉体、薄膜和纤维以及其他玻璃相等。但目前对碳化物、硼化物
的液相法制备研究较少。Preiss等(Preiss H et al. J Mater Sci., 1998, 33(19): 4697-4706)采用钛和锆的醇盐溶胶-凝胶法制备出TiC和ZrC 的纤维和薄膜。Sacks等(Sacks, et al. J. Mat. Sci., 2004,39(9): 6057-6066)利用锆和铪的醇盐作为Zr的来源，多元醇类作为C的来 源制备出ZrC粉体，粒径在50 130nm。硼化物粉体的液相法研究很 少，目前仅有Chen禾Q Gu等(Chen LY, Gu YL, et al. J alloy compd, 2004, 368(1-2) : 353-356， Scripta Mater" 2004， 50 (7): 959-961)利用水 热法，以ZrCU， HfCU和NaBH4为反应物，在500 700。C制备出ZrB2 和Hffi2纳米粉体，但产量小，仅作为实验室研究。
ZrB2， ZrC陶瓷具有很强的共价键特性，工业化合成的粉体烧结 活性比较差，常压烧结困难；目前复相陶瓷的制备采用简单的粉体直 接混合法，相均匀性比较差；醇盐溶胶-凝胶法虽然成功制备出ZrC 粉体，但是本身存在着缺点。醇盐比较昂贵，且有少量毒性，本身在 高温惰性气氛下存在一定的裂解碳量，因此C/Zr， C/B/Zr不易确定。
发明内容
本发明的目的在于采用液相法制备得到一种硼化锆一碳化锆复 相材料。
本发明的硼化锆一碳化锆复相材料，其中ZrC含量在占总重量的 20wt%~80wt%，且连续可调。
本发明是这样实现的
首先将氧氯化锆溶于乙醇和水配成的混合溶液内，氧氯化锆的浓度约为0.2 lmol/L，乙醇和水的体积比为3:1 5:1。按选定的硼锆比 的量将硼酸加入到混合溶液中，加入聚乙二醇作为分散剂，浓度为 0.5 2wt%，用20 50vol。/。浓度的稀氨水滴定，调节pH为3 5时形成 氧化锆溶胶，然后加入10 80voP/。的酚醛树脂溶液，形成二元溶胶， 继续用20 50voin/。浓度氨水滴定，直至形成凝胶，然后将凝胶干燥， 而后烘干，研磨，过筛得前驱粉体，最后在1300 160(TC下在真空 或惰性气氛中进行热处理0.5 3小时得到复合粉体。
本发明提供的硼化锆一碳化锆复相材料，其优点是显而易见的
(1) 粉体粒径小，分布均匀，比表面积大。
(2) 制备温度比较低，反应速度快。
(3) 复相材料中通过调节H3BCb的量，就可以制备出ZrC含量
在20wte/o 80wte/()之间可调。
(4) 通过改变ZrC的含量，就可以使材料在不同的应用领域中 得到广泛的应用。如在作为电极材料的起始原料时，ZrC的含量控制 在50wtM左右，作为耐火材料的起始原料时，ZrC的含量控制在20wt。/。 左右，作为电极材料的起始原料时，ZrC含量控制在80wt。/。左右。
图1:液相法制备硼化锆一碳化锆复相材料的流程图 图2: 150(TC煅烧lh得到复合粉体的XRD图(其中复合粉体中 ZrC理论含量为50wt%)。
图3: 1500"C煅烧lh制备的硼化锆一碳化锆复相材料的SEM照
片(从图中可以看出，粉体具有一定的团聚，平均粒径在200nm以 下)。
具体实施方式
实施例1:
将41.16g氧氯化锆溶于500ml乙醇与水体积比为4: 1的混合溶 液，搅拌使其溶解。加入12.36g硼酸混合均匀，并加入4.80g聚乙二 醇作为分散剂，然后滴加25voP/。的稀氨水，调节pH至3左右，形成 氧化锆溶胶。加入23.28g酚醛树脂(残碳量约为50%，浓度为50vol%) 配成混合溶胶。继续滴加氨水，使其凝聚。将凝胶转移至球磨罐，以 氧化锆为球磨子球磨24h，在8(TC下干燥12小时，得到粉末前驱体。 在150(TC下煅烧1小时得到硼化锆一碳化锆复合粉体，复合粉体中 ZrC理论含量为20wt%， XRD图中明显看出ZrB2和ZrC相存在，不 存在其他中间相。(见图2)从SEM照片中看出粉体分散较为均匀， 平均粒径在50 200nm左右。(见图3)
实施例2:
将49.99g氧氯化锆溶于500ml乙醇与水体积比为4: 1的混合溶 液，搅拌使其溶解。加入12.36g硼酸混合均匀，并加入4.90g聚乙二 醇作为分散剂，然后滴加25vol。/。的稀氨水，调节pH至3左右，形成 氧化锆溶胶。加入26.55g酚醛树脂(残碳量约为50%，浓度为50vol%) 配成混合溶胶。继续滴加氨水，使其凝聚。将凝胶转移至球磨罐，以
氧化锆为球磨子球磨24h，在8(TC下干燥12小时，得到粉末前驱体。 在150(TC下煅烧1小时得到硼化锆一碳化锆复合粉体，复合粉体中 ZrC理论含量为50wt%。
实施例3:
将58.81g氧氯化锆溶于500ml乙醇与水体积比为4: 1的混合溶 液，搅拌使其溶解。加入12.36g硼酸混合均匀，并加入5.40g聚乙二 醇作为分散剂，然后滴加25voP/。的稀氨水，调节pH至3左右，形成 氧化锆溶胶。加入29.83g酚醛树脂(残碳量约为50%，浓度为50vol%) 配成混合溶胶。继续滴加氨水，使其凝聚。将凝胶转移至球磨罐，以 氧化锆为球磨子球磨24h，在8(TC下干燥12小时，得到粉末前驱体。 在150(TC下煅烧1小时得到硼化锆一碳化锆复合粉体，复合粉体中 ZrC理论含量为80wt%。
权利要求
1、一种硼化锆-碳化锆复相材料，包括硼化锆和碳化锆两相材料。
2、 按权利要求1所述的一种硼化锆一碳化锆复相材料，其特征 在于碳化锆含量占总重量的20wt%~80wt%，且连续可调。
3、 按权利要求1和2所述的一种硼化锆—碳化锆复相材料电极 材料和耐火材料的起始原料。
全文摘要
本发明涉及一种硼化锆-碳化锆复相材料，属于结构陶瓷领域，本发明的ZrB<sub>2</sub>-ZrC复合材料中，ZrC的含量在20wt％～80wt％，且连续可调，复合粉体粒度小于200nm，成型和烧结性能优异，能够作为常压烧结，热压烧结的起始原料，有望在电极材料，耐火材料得到广泛的应用。
文档编号C04B35/56GK101186503SQ20071017170
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月3日 优先权日2007年12月3日
发明者刘学建, 董绍明, 闫永杰, 黄政仁 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所