专利名称：二硼化钛纳米粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米粉的制备方法。
背景技术：
二硼化钛(TiB2)陶瓷粉料是一类重要的工程陶瓷原料，具有高熔点、高硬度、高化学稳定性以及良好的导热、导电性能。主要应用于硬质工具材料、高温耐腐蚀电极、大规模集成电路用高强度引线框架材料等。目前应用较多的二硼化钛陶瓷粉料是利用自蔓延高温合成技术制备的，其平均粒径约5um。为了进一步提高材料性能，需要制备纳米级硼化钛粉料。1995年，美国Washington University的Susan E.Bates在期刊《Journal ofMaterial Research》中发表了名为“Synthesis of titanium boride nanocrystallites bysolution-phase processing”的论文，用NaBH4和TiCl4为原料，在三甲苯溶液中，164℃下反应合成无定形的TiB2先驱粉，然后在900～1100℃下退火，制得粒径范围5～100nm的TiB2纳米粉。这种制备技术工艺复杂，产物成分难以控制，需要进行后处理，不易实现大批量的工生产。1996年，《Journal of Material Research》又发表了WashingtonUniversity的R.L.Axelbam的论文“Gas-phase combustion synthesis of titanium boridenanocrystallites”，报道了采用TiCl4、BCl3、Na为原料，通过Na气气氛中的气相燃烧反应，制备出了粒径小于15nm的TiB2纳米粉末。此技术可以制备出粒径小、纯度较高的TiB2纳米粉，但其要求的技术含量及成本都比较高。
目前纳米粉的制备技术主要包括化学气相法，化学共沉淀法，机械合金化法，溶胶-凝胶法，喷雾热解法及流态化法等。化学气相法工艺条件要求严格，成本较高；化学共沉淀法需要选择能够在碱性溶液中溶解的前驱体，对制备硼化物难度较大；机械合金化法制备的纳米粉粒径不均匀；溶胶-凝胶法原料价格高、有机溶剂具有毒性，同时在高温下作热处理时易使颗粒快速团聚；喷雾法需要高温及真空条件，对设备和操作要求较高；流态化法工艺及设备复杂，大批量制备成本高。
发明内容
本发明的目的是利用一种比较简易的方法，大批量制备出粒径均匀的TiB2纳米粉。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是(1)针对微米级的TiB2粉料，利用机械化学方法初次细化晶粒，得到粒度不均的亚微米级粉体，同时产生一定程度的晶格畸变，活化颗粒表面；(2)通过酸洗处理进一步细化晶粒，利用硼化物的层状结构及吸氢性，获得粒径均匀的纳米TiB2粉。
本发明的具体实现过程详述如下1.将平均粒径为5um的纯度98％以上TiB2粉末进行高能球磨处理，球料比20∶1，球磨40～50小时。获得粒径0.1～0.3um的粉体。2.将浓盐酸与水按1∶5～1∶8、或浓硝酸、磷酸和水按1∶1∶3～1∶1∶5制成酸性溶液，将球磨处理的粉末放入上述酸性溶液中搅拌30分钟，在室温下静置10分钟后，用水清洗2～3次，以去除沉淀物表面的酸性物质，抽滤，烘干，即得到粒径为50nm左右的、均匀的、纯度98％以上的TiB2纳米粉体，本发明的优点在于与其它纳米粉制备技术相比，工艺简单，粒径均匀，易于进行大批量制备。
具体实施方案下面结合附图详细介绍本发明的具体实施方案。
图1二硼化钛纳米粉的制备工艺流程图。
实例1∶100克平均粒径为5微米的TiB2粉末，与适量无水乙醇混合，置于硬质合金材质的高能球磨机中球磨40小时，球料比20∶1。球磨机转速为200转/分钟，球磨时每隔5～6小时加入一次乙醇溶液，以防止氧化和团聚。球磨后的粉末用硝酸∶磷酸∶水＝1∶1∶5的混合酸进行酸洗，抽滤，烘干。取酸洗前后的粉末样品在透射电子显微镜下进行观察，发现酸洗前粉末不均匀，大颗粒在0.2微米左右，如图2酸洗前粉末的透射电镜图所示。酸洗后的粉末很均匀，平均粒径50纳米左右，如图3酸洗后粉末的透射电镜图所示。利用氮气吸附方法测定酸洗前后粉末的比表面积，再换算成粉末的平均粒径dBET.结果为酸洗前的粉末dBET＝147nm，酸洗后的粉末dBET＝53nm。
实例2取100克同样球磨处理的样品，在盐酸∶水＝1∶5的酸性溶液中进行酸洗处理，随后抽滤，烘干。利用氮气吸附方法测定酸洗前后粉末的比表面积，再换算成粉末的平均粒径dBET.结果为酸洗前的粉末dBET＝151nm，酸洗后的粉末dBET＝46nm。
权利要求
1.一种二硼化钛纳米粉的制备方法，其特征是将平均粒径为5um的TiB2粉末进行高能球磨处理，球料比为20∶1，球磨40～50小时，获得粒径为0.1～0.3um的粉体，将此粉末置于浓盐酸与水混合的酸性溶液或浓硝酸、浓磷酸与水混合的酸性溶液中，搅拌30分钟后，在室温下静置10分钟，用水清洗2～3次，抽滤，烘干，即得到平均粒径为50nm左右的、均匀的TiB2纳米粉体。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是用于酸洗的酸性溶液的配比为浓盐酸与水的比例为1∶5～1∶8，或者浓硝酸∶浓磷酸∶水的比例为1∶1∶3～1∶1∶5。
全文摘要
本发明涉及二硼化钛纳米粉的制备方法。本发明首先将平均粒径为5微米的二硼化钛粉末进行球磨,提供颗粒表面一定的活化能和晶内缺陷,得到亚微米级粒径不均的二硼化钛粉;随后在酸性溶液中对粉末进行二次细化和均匀化处理,经酸洗处理后即可得到平均粒径为50纳米左右的二硼化钛纳米粉。本发明的优点在于工艺简单,粉末粒径均匀,适宜大规模制备粉体。
文档编号C01B35/04GK1371863SQ0211566
公开日2002年10月2日 申请日期2002年4月1日 优先权日2002年4月1日
发明者张东, 傅正义, 逄婷婷 申请人:武汉理工大学