专利名称：钼的硼化物的高温高压制备方法
钼的硼化物的高温高压制备方法技术领域
本发明属于一种超硬材料制备的技术领域，特别涉及主要组分为五硼化二钥 (Mo2B5)、二硼化钥(MoB2)、硼化钥(MoB)、硼化二钥(Mo2B)的硼化物高温高压的制备方法。
背景技术：
超硬材料(维氏硬度大于40GPa)以其耐高压、抗磨损、化学性质稳定等特性，作为切削、打磨、抛光等加工工具的材料，作为机械部件上的抗磨损涂层等，在军事、工业等领域有重大用途，是一个国家制造业水平的重要体现。现有的超硬材料主要集中在B、C、N、0等轻元素中形成的化合物，如金刚石、立方氮化硼、BC2N, BC5等。这些材料的应用均存在一定的局限性。寻找新型多功能的超硬材料，一直是材料学、物理学、工程学的热点领域。过渡族金属硼化物具有优异的力学、电学性能，有望成为潜在的新型超硬材料。如ReB2是已知唯一具有金属性质的超硬材料，其维氏硬度高达40. 5Gpa。Mo元素为高熔点的过渡族金属， 并且Mo还具有良好的导电性。Mo与B形成的化合物，则有望成为高硬度和良好电学性质的新功能材料。
一般而言，合成过渡族金属硼化物，需要较高的温度和较长的高温烧结反应时间。 因此，在制备过程中均需要铝Al等作为助熔剂来降低反应温度和缩短反应时间。并且，在单一元素的硼化物中，不同化学计量配比的硼可与该元素形成多种成分的化合物。这些因素不仅造成了制备单一相硼化物十分困难，还容易在该化合物中引入除了 Mo与B元素外的杂质，此外，大部分过渡金属硼化物脆性很高，制备出的样品难以形成整个的块状物，大多为粉末，使样品的硬度、电导率等性质很难测得。发明内容
本发明要解决的技术问题是采用新的制备钥的硼化物材料的方法——高温高压合成方法，该方法不采用任何助熔剂，主要通过原料的配比、合成温度和压力来调整钥的硼化物的材料组分和纯度，制备出较高纯度的Mo2B、MoB, MoB2, Mo2B5 ;并且该方法易于实施。
本发明所述的钥的硼化物是Mo2B5 (五硼化二钥),MoB2 ( 二硼化钥)、MoB (硼化钥) 或Mo2B (硼二钥)。
本发明的具体技术方案时如下所述。
一种钥的硼化物的高温高压制备方法，所述的钥的硼化物主要组分是Mo2B、MoB、 MoB2或/和Mo2B5;以钥粉(Mo)和硼粉(B)为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得钥的硼化物材料；所述的混料压块，是将钥粉和硼粉按摩尔比2 I 5进行混合，按合成腔体大小压成块状；所述的组装，是将块状原料装入加热容器，放入合成腔体中；所述的高温高压合成，是在高压装置上进行，在压力为I. 0 6. OGPa、温度为 1500 2100K下保温保压10 120分钟；所述的冷却卸压，是停止加热后自然冷却后卸压。 合成的产物是钥的硼化物块状烧结体。
本发明的合成实验可以在国产DS029B型六面顶压机上完成。实验表明，合成压力的大小、温度、原材料的配比是影响Mo2B、MoB、MoB2、Mo2B5材料相及其纯度的重要因素，最佳原料配比是钥粉和硼粉按摩尔比分别为2 : 1、1 : 1、1 : 2或I : 2. 5，按此配比可以合成出单一相的Mo2B、MoB、MoB2或Mo2B5块状烧结体；最佳合成压力范围为4. 8 5. 2GPa，最佳合成温度范围为1600 2000K，保温保压15 90分钟。
所述的冷却卸压，还可以是停止加热后先保压3 8分钟后卸压，再自然冷却至室温。这样有利于对设备的保护、减少压机的使用时间、提高压力的使用效率。
本发明方法简单，易于实施；不采用任何(比如金属铝等)助熔剂；通过优选的原料配比、合成温度、合成压力和保温保压时间，可以分别合成出单一相的Mo2B、MoB> MoB2> Mo2B5材料，并且是块状的高纯度的产品。
附图I是本发明实施例
附图2是本发明实施例
附图3是本发明实施例
附图4是本发明实施例
附图5是本发明实施例
附图6是本发明实施例
附图7是本发明实施例
附图8是本发明实施例
附图9是本发明实施例制备的硼化二钥化合物X光衍射图。制备的一硼化钥化合物X光衍射图。制备的二硼化钥化合物X光衍射图。 制备的五硼化二钥化合物X光衍射图。 制备的硼化二钥化合物X光衍射图。制备的一硼化钥化合物X光衍射图。 制备的硼钥化合物X光衍射图。制备的硼钥化合物X光衍射图。制备的硼钥化合物X光衍射图。
具体实施方式
以下实施例都是在国产DS029B型六面顶压机上完成的，为了保持样品腔体温度均匀性，组装是旁热式加热方式；为了使合成材料及原料在制备中不被氧化，合成腔体内应当是真空环境。合成产物是块状烧结体。
实施例I
将分析纯的粒度I 5微米的钥粉(Mo)与粒度I 5微米的硼粉(B)按摩尔比2 I混合，粉压成型后，将样品装入高压腔体中。组装腔体中用石墨作加热管，用白云石做绝缘管，叶腊石做传压介质，合成压力为4. 8GPa，温度1800K，保压保温时间30分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的主要成分为Mo2B，还有部分Mo存在。具体的X光结果见图I。
实施例2
采用与实施例I相同的原材料粉，按照按摩尔比I : I混合，粉压成型后采用实施例I的组装，合成压力为4. 8GPa，温度1800K，保压保温时间I小时，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB。具体的X光结果见图2。
实施例3
采用与实施例I相同的原材料粉，按摩尔比I : 2混合，粉压成型后，采用与实施例I相同的组装，合成压力为5. 2GPa，温度2000K，保压保温时间15分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB2。具体的X光结果见图3。
实施例4
采用与实施例I相同的原材料粉，按摩尔比2 : 5混合，粉压成型后，采用与实施例I相同的组装，合成压力为5. 2GPa，温度1800K，保压保温时间I小时，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相Mo2B5。具体的X光结果见图4。
实施例5
采用与实施例I相同的原材料粉，按摩尔比2 : I混合，粉压成型后，采用与实施例I相同的组装，合成压力为4. 8GPa，温度2000K，保压保温时间15分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出Mo2B并且含有部分Mo单质存在，相对于实施例1，此条件下的Mo峰值较强，说明反应没有实施例I完全。具体的X光结果见图5。
实施例6
采用与实施例I相同的原材料粉，按摩尔比I : I混合，粉压成型后，采用与实施例I相同的组装，合成压力为4. 8GPa，温度1600K 1800K，保压保温时间15分钟至30分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB，具体的X光结果见图6。从图6中可以看出，随着温度和时间的增加MoB的结晶越来越好。结合实施例2，可以发现，当温度达到1800K，时间为I小时时，制备出结晶非常良好的MoB纯相。
实施例7
采用与实施例I相同的原材料粉，按摩尔比I : 2混合，粉压成型后，采用与实施例I相同的组装，合成压力为5. 2GPa，温度1800K，保压保温时间I. 5小时，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的组分主要为MoB2,同时含有Mo2B5相。具体的X光结果见图7。本实施例作为与实施例3、8的比较例，说明合成温度是合成MoB2的最主要的影响因素，在相同的原料配比、相同的合成压力和较宽的保温保压时间条件下，合成温度在 1800K以下很难合成出单一相的MoB2。
实施例8
采用与实施例I相同的原材料粉，按摩尔比I : 2混合，粉压成型后，采用与实施例I相同的组装，合成压力为5. 2GPa，合成温度为1900K，保压时间30分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB2。具体的X光结果见图8。
实施例9
采用实施例3或8制备出的纯相MoB2，再加入等化学计量比的B粉，即摩尔比MoB2 B= I 0.5，经过研磨粉压成型后，采用与实施例I相同的组装，合成压力为5.2GPa，在温度1800K下保压保温时间60分钟，或在温度2000K下保压保温时间15分钟， 停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，制备的硼钥化合物X光衍射图见图9。其中一个在 1800K、60分钟条件下制备出纯的单一相Mo2B5 ;另一个在2000KU5分钟条件下则并未发现其反应，依然为MoB2的XRD图谱。说明温度高于1800K对Mo2B5的合成不利。本实施例还说明以MoB2和B为原料也可以合成出单一相Mo2B5。
权利要求
1.一种钥的硼化物的高温高压制备方法，所述的钥的硼化物主要组分是Mo2B、MoB, MoB2或/和Mo2B5 ；以钥粉和硼粉为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得钥的硼化物材料；所述的混料压块，是将钥粉和硼粉按摩尔比2 I 5进行混合，按合成腔体大小压成块状；所述的组装，是将块状原料装入加热容器，放入合成腔体中； 所述的高温高压合成，是在高压装置上进行，在压力为1.0 6. OGPa、温度为1500 2100K 下保温保压10 120分钟；所述的冷却卸压，是停止加热后自然冷却后卸压。
2.根据权利要求I所述的钥的硼化物的高温高压制备方法，其特征在于，原料配比是钥粉和硼粉按摩尔比分别为2 : 1、1 : 1、1 : 2或I : 2. 5;所述的高温高压合成，在压力范围为4. 8 5. 2GPa、温度范围为1600 2000K下保温保压15 90分钟。
3.根据权利要求I或2所述的钥的硼化物的高温高压制备方法，其特征在于，所述的冷却卸压，是停止加热后先保压3 8分钟后卸压，再自然冷却至室温。
4.一种钥的硼化物的高温高压制备方法，以MoB2和B为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得钥的硼化物材料；所述的混料压块，是将MoB2 B = 2 I进行混合，按合成腔体大小压成块状；所述的组装，是将块状原料装入加热容器，放入合成腔体中；所述的高温高压合成，是在高压装置上进行，在压力为5. 2GPa、温度为1800K 下保温保压60分钟；所述的冷却卸压，是停止加热后自然冷却后卸压，制备出单一相Mo2B5。
全文摘要
本发明的钼的硼化物的高温高压制备方法属于超硬材料制备的技术领域。以钼粉和硼粉为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得钼的硼化物材料；所述的高温高压合成，是在压力为1.0～6.0GPa、温度为1500～2100K下保温保压10～120分钟；最后冷却卸压，得到钼的硼化物块状烧结体。本发明方法简单，易于实施；不采用任何助熔剂；通过优选的原料配比、合成温度、合成压力和保温保压时间，可以合成出单一相的Mo2B、MoB、MoB2或Mo2B5材料。
文档编号C01B35/04GK102530974SQ20121004807
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者何志, 刘冰冰, 崔田, 朱品文, 王欣, 陶强, 黎军军 申请人:吉林大学