专利名称：一种超细ZrSi粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及ZrSi粉体材料的制备技术。
背景技术：
ZrSi也是一种重要的金属硅化物材料，具有特殊的物理性质与化学性质。ZrSi具有较高的熔点，这使得其成为了一种性能良好的耐火材料；ZrSi具有高的密度和均匀的结构，可用来制得一种高阻隔材料；用ZrSi可制备出一种前景良好的新的结构材料，此种新材料在高温下的腐蚀介质中具有高的电导率和热导性能。ZrSi抗氧化性能良好，在高温下ZrSi的表面氧化生成ZrO2, SiO2和ZrSiO4的氧化物，ZrO2, SiO2和ZrSiO4的氧化物在其表面形成一种氧化层，正是由于这种氧化层的存在才防止了其表面的进一步氧化，这使得其在高温下具有良好的抗氧化性能。现有技术的能耗较大，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种超细ZrSi粉体的制备方法。本发明是一种超细ZrSi粉体的制备方法，其步骤为:
(1)按质量百分比计， 按照Mg:84.36 108.46、ZrO2:216.31 278.12、Si:49.31 63.40、NaCl:50.00 150.00 进行配料；
(2)称量好原料进行球磨，时间持续8 12h，使其粉体均匀混合；
(3)反应物料混合均匀后置于模具中，压力控制在10 20MPa下将反应物料压制成圆饼状坯料；在反应釜内铜坩埚中放上片剂引燃剂，再将压制好的坯料置于引燃剂上；
(4)密封反应釜，在室温下向反应釜中充入0.5 1.5MPa氩气，然后打开反应釜加热控制开关，升温至120°C排气，以排除釜内的空气和带走反应物料的潮气；当反应釜内温度升到18(T200°C时再次排气，等压力表示数降至零时再充入1.0 2MPa的氩气；
(5)当反应釜内温度达到250°C 295°C时引燃剂燃烧，导致坯料进行燃烧合成反应并释放出大量的热，反应釜温度和压力急剧升高，此时关闭加热控制开关，在自身放热条件下反应自我维持，反应完成后即可得到含ZrSi产物的块体材料；
(6)含ZrSi的块体材料在氩气保护中随反应釜冷却至室温，使用破碎机将其研磨为粉体，用盐酸进行浸出处理，浸出时间为48 96h ；
(7)将浸出后的ZrSi与浸出液分离，用蒸馏水洗涤ZrSi，用来除去残留的盐酸和氯化钠，最后干燥24h得到目标ZrSi粉体，其含量为97 99wt.%，粒度269 320nm。本发明的有益效果是，生产操作简单，能源损耗小，用低成本获取纯度高的超细ZrSi粉体，每次可烧制公斤级块体产物，适于工业化生产。和其他制备方法相比本方法有以下两点改进:
(I)成本低。以廉价的镁粉、氧化锆和硅粉为反应原料；反应的燃烧合成时间短，且在反应过程中由放热反应自身释放的热量自我维持反应进行，反应被点燃后即不再需要外部能量供给；生产操作和除杂工艺简单，简化了生产设备，降低了成本。
(2)产率高。本发明燃烧合成反应在40L反应釜中进行，反应物料总量可在2公斤以上,每次可合成ZrSi粉体质量在I公斤以上。
具体实施例方式本发明是一种超细ZrSi粉体的制备方法，其步骤为:
(1)按质量百分比计，按照Mg:84.36 108.46、ZrO2:216.31 278.12、Si:49.31 63.40、NaCl:50.00 150.00 进行配料；
(2)称量好原料进行球磨，时间持续8 12h，使其粉体均匀混合；
(3)反应物料混合均匀后置于模具中，压力控制在10 20MPa下将反应物料压制成圆饼状坯料；在反应釜内铜坩埚中放上片剂引燃剂，再将压制好的坯料置于引燃剂上；
(4)密封反应釜，在室温下向反应釜中充入0.5 1.5MPa氩气，然后打开反应釜加热控制开关，升温至120°C排气，以排除釜内的空气和带走反应物料的潮气；当反应釜内温度升到18(T200°C时再次排气，等压力表示数降至零时再充入1.0 2MPa的氩气；
(5)当反应釜内温度达到250°C 295°C时引燃剂燃烧，导致坯料进行燃烧合成反应并释放出大量的热，反应釜温度和压力急剧升高，此时关闭加热控制开关，在自身放热条件下反应自我维持，反应完成后即可得到含ZrSi产物的块体材料；
(6)含ZrSi的块体材料在氩气保护中随反应釜冷却至室温，使用破碎机将其研磨为粉体，用盐酸进行浸出处理，浸出时间为48 96h ；
(7)将浸出后的ZrSi与浸出液分离，用蒸馏水洗涤ZrSi，用来除去残留的盐酸和氯化钠，最后干燥24h得到目标ZrSi粉体，其含量为97 99wt.%，粒度269 320nm。下面用实施例进·一步展开本发明。实施例1:
按质量百分比配制Mg:96.5,ZrO2:278.12,S1:63.40,NaCl:50.00反应原料，然后将其置于球磨罐中，球磨介质为Al2O3球，球料质量比为1:2，在转速为100r/min球磨时间为8h的行星式球磨机上均匀混合粉体原料。将混合均匀的反应原料置于模具中，在IOMPa的压力下用压力机将其压制成圆饼状坯料；在反应釜内铜坩埚中放置片剂引燃剂，再将制好后的坯料置于引燃剂上；密封反应釜，釜内充入0.5MPa氩气，打开加热开关，待升温至120°C后排出釜内气体，用于除去釜内空气和带走反应原料的潮气；釜内温度升到180°C时再次排气，然后充入IMPa的氩气；当釜内温度达到250°C时引燃剂燃烧，导致坯料发生燃烧合成反应，反应釜温度和压力急剧升高，此时即可关闭加热开关；在自身放热条件下反应自我维持，反应完成后即可得到含ZrSi产物的块体材料。含ZrSi的块体材料取出后，使用破碎机将其研磨为粉体，用盐酸(9.3mol/L)将粉体浸出72h，用真空泵将浸出后的ZrSi与浸出液分离，用蒸馏水洗涤布氏漏斗中的ZrSi，用来除去残留的盐酸和氯化钠，最后干燥24h得到ZrSi粉体材料，其含量为97.25wt.%，粒度为0.Γθ.9 μ m平均颗粒尺寸为0.32 μ m。实施例2:
按质量百分比配制 Mg:108.46、ZrO2:247.21、S1:56.36、NaCl:100.00 反应原料，然后将其置于球磨罐中，球磨介质为Al2O3球，球料质量比为1:2.5，在转速为120r/min球磨时间为IOh的行星式球磨机上均匀混合粉体原料。将混合均匀的反应原料置于模具中，在15MPa的压力下用压力机将其压制成圆饼状坯料；在反应釜内铜坩埚中放置片剂引燃剂，再将制好后的坯料置于引燃剂上；密封反应釜，釜内充入IMPa氩气，打开加热开关，待升温至120°C后排出釜内气体，用于除去釜内空气和带走反应原料的潮气；釜内温度升到190°C时再次排气，然后充入1.5MPa的氩气；当釜内温度达到265°C时引燃剂燃烧，导致坯料发生燃烧合成反应，反应釜温度和压力急剧升高，此时即可关闭加热开关；在自身放热条件下反应自我维持，反应完成后即可得到含ZrSi产物的块体材料。含ZrSi的块体材料取出后，使用破碎机将其研磨为粉体，用盐酸(9.6mol/L)将粉体浸出80h，用真空泵将浸出后的ZrSi与浸出液分离，用蒸馏水洗涤布氏漏斗中的ZrSi，用来除去残留的盐酸和氯化钠，最后干燥24h得到ZrSi粉体材料，其含量为98.03wt.%，粒度为0.Γθ.7 μ m平均颗粒尺寸为
0.29 μ m。实施例3:
按质量百分比配制Mg:84.36、ZrO2:216.31、S1:49.31、NaCl:150.0O反应原料，然后将其置于球磨罐中，球磨介质为Al2O3球，球料质量比为1:3，在转速为150r/min球磨时间为12h的行星式球磨机上均匀混合粉体原料。将混合均匀的反应原料置于模具中，在20MPa的压力下用压力机将其压制成圆饼状坯料；在反应釜内铜坩埚中放置片剂引燃剂，再将制好后的坯料置于引燃剂上；密封反应釜，釜内充入1.5MPa氩气，打开加热开关，待升温至120°C后排出釜内气体，用于除去釜内空气和带走反应原料的潮气；釜内温度升到200°C时再次排气，然后充入2MPa的氩气；当釜内温度达到275°C时引燃剂燃烧，导致坯料发生燃烧合成反应，反应釜温度和压力急剧升高，此时即可关闭加热开关；在自身放热条件下反应自我维持，反应完成后即可得到含ZrSi产物的块体材料。含ZrSi的块体材料取出后，使用破碎机将其研磨为粉体，用盐酸(11.6mol/L)将粉体浸出96h，用真空泵将浸出后的ZrSi与浸出液分离，用蒸馏水洗涤布氏漏斗中的ZrSi，用来除去残留的盐酸和氯化钠，最后干燥24h得到ZrSi粉体 材料，其含量为98.78wt.%，粒度为0.1 0.5 μ m平均颗粒尺寸为0.26 μ m。
权利要求
1.一种超细ZrSi粉体的制备方法，其步骤为 (1)按质量百分比计，按照Mg 84. 36 108. 46、ZrO2 :216. 31 278. 12、Si 49. 31 63. 40、NaCl 50. 00 150. 00 进行配料； (2)称量好原料进行球磨，时间持续8 12h，使其粉体均匀混合； (3)反应物料混合均匀后置于模具中，压力控制在10 20MPa下将反应物料压制成圆饼状坯料；在反应釜内铜坩埚中放上片剂引燃剂，再将压制好的坯料置于引燃剂上； (4)密封反应釜，在室温下向反应釜中充入O.5 I. 5MPa氩气，然后打开反应釜加热控制开关，升温至120°C排气，以排除釜内的空气和带走反应物料的潮气；当反应釜内温度升到18(T200°C时再次排气，等压力表示数降至零时再充入I. O 2MPa的氩气； (5)当反应釜内温度达到250°C 295°C时引燃剂燃烧，导致坯料进行燃烧合成反应并释放出大量的热，反应釜温度和压力急剧升高，此时关闭加热控制开关，在自身放热条件下反应自我维持，反应完成后即可得到含ZrSi产物的块体材料； (6)含ZrSi的块体材料在氩气保护中随反应釜冷却至室温，使用破碎机将其研磨为粉体，用盐酸进行浸出处理，浸出时间为48 96h ； (7)将浸出后的ZrSi与浸出液分离，用蒸馏水洗涤ZrSi，用来除去残留的盐酸和氯化钠，最后干燥24h得到目标ZrSi粉体，其含量为97 99wt. %，粒度269 320nm。
2.根据权利要求I所述的超细ZrSi粉体的制备方法，其特征在于称量好原料将其装入球磨罐中，在行星式球磨机上球磨8 12h,使其粉体均勻混合,转速为50 150r/min,球料质量比为1:2 1:3，球磨介质为Al2O3球。
3.根据权利要求I所述的超细ZrSi粉体的制备方法，其特征在于用浓度为8 `11.6mol/L的盐酸进行浸出处理。
全文摘要
一种超细ZrSi粉体的制备方法，其步骤为(1)按质量百分比计，按照Mg84.36～108.46、ZrO2216.31～278.12、Si49.31～63.40、NaCl50.00～150.00进行配料；(2)进行球磨；(3)反应物料混合均匀后置于模具中，压制成圆饼状坯料；在反应釜内铜坩埚中放上片剂引燃剂，再将压制好的坯料置于引燃剂上；(4)密封反应釜，在室温下向反应釜中充入氩气，升温至120℃排气；当反应釜内温度升到180~200℃时再次排气，等压力表示数降至零时再充入氩气；(5)当反应釜内温度达到250℃～295℃时引燃剂燃烧，在自身放热条件下反应自我维持，得到含ZrSi产物的块体材料；(6)随反应釜冷却至室温，研磨为粉体，用盐酸进行浸出处理；(7)将浸出后的ZrSi与浸出液分离，洗涤，干燥。
文档编号C01B33/06GK103253675SQ201310235198
公开日2013年8月21日 申请日期2013年6月14日 优先权日2013年6月14日
发明者喇培清, 欧玉静, 朱丹丹, 韩少博, 魏玉鹏, 卢学峰 申请人:兰州理工大学