一种四硼化钨陶瓷粉体的制备方法与流程

本发明属于陶瓷粉体制备技术领域，具体涉及一种四硼化钨陶瓷粉体的制备方法。

背景技术：

四硼化钨(WB₄)为六方P6₃mmc结构，包含了B-B共价键单元和三维硼原子空间网状结构，这种特殊的晶体结构被大多数研究者认为是其超硬特性的根本原因。

四硼化钨因具有高熔点、高硬度、高电导率、优良的耐磨性以及对不同类型介质的高耐腐蚀性和抗氧化性等特点，在高温结构材料、耐火材料、电极材料等领域有广阔的应用前景，尤其是它的超硬特性，使其成为一种重要的候选超硬材料。而高纯的四硼化钨陶瓷粉体是推广其应用的基础，目前国内外对于WB₄的合成以及性能的相关研究报道较少，主要在于在B-W二元系化合物合成过程中硼元素易挥发，得到的目标产物化学计量比发生偏离。同时，B-W二元系存在多个中间化合物，如W₂B、WB、WB₂、W₂B₅、WB₄等，因此合成纯度高、粒径均匀的WB₄的难度就更大。

经对现有技术的文献检索发现，Itoh采用固相法研究了WB₄及W₂B、WB、W₂B₅的合成条件，但并未得到高纯度的WB₄；Gu合成WB₄，同时测量得到的样品硬度为46.2GPa，但对合成过程未加叙述；Reza Mohammadi等采用电弧熔炼法合成了WB₄，测试硬度为43.3GPa，但该方法对合成条件要求较高，产量较低。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种制备高纯度四硼化钨陶瓷粉体的方法，本发明采用钨粉和硼粉为原料，在高温真空热压条件下合成四硼化钨(WB₄)陶瓷粉体，可用于制备超硬材料。

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶硼粉＝1∶(4～16)配料，混合均匀，得到混合粉体；

步骤2，装料：

将混合粉体置于石墨热压模具中，并放入反应炉；

步骤3，热压合成：

(1)将反应炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，升温至1200～1600℃，然后在压力10～100MPa，保温保压烧制30～180min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到四硼化钨陶瓷粉体。

其中：

所述的步骤1中，硼粉为无定型硼粉。

所述的步骤1中，钨粉纯度大于98％，粒径为0.5～80μm。

所述的步骤1中，硼粉纯度大于95％，粒径为0.5～80μm。

所述的步骤2的具体操作为：将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入反应炉。

所述的所述的步骤2中，反应炉为真空热压烧结炉。

所述的步骤3(1)中，升温速率为10～20℃/min。

本发明制备出的四硼化钨陶瓷粉体的粒度≥60目。

本发明的特点和技术效果是：方法简单、稳定，易于实施，通过X射线衍射检测，该方法制得的硼化钨陶瓷粉体纯度高。

附图说明

图1为本发明实施例1四硼化钨陶瓷粉体的制备方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1制备出的四硼化钨陶瓷粉体的X光衍射图。

具体实施方式

以下实施例中的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法的流程示意图如图1所示。

实施例1

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶无定型硼粉＝1∶12配料，混合均匀，得到混合粉体；其中，钨粉纯度大于98％，粒径为0.5μm；无定型硼粉纯度大于95％，粒径为0.5μm；

步骤2，装料：

将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入真空热压烧结炉。

步骤3，热压合成：

(1)将真空热压烧结炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，以10℃/min的升温速率升温至1400℃，然后在压力30MPa，保温保压烧制60min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到粒度为60目的四硼化钨陶瓷粉体。

本实施例制备制备出的四硼化钨陶瓷粉体的X光衍射图如图2所示，该图表明，所制备的WB₄粉体纯度非常高，未有其他杂质相。

实施例2

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶无定型硼粉＝1∶8配料，混合均匀，得到混合粉体；其中，钨粉纯度大于98％，粒径为80μm；无定型硼粉纯度大于95％，粒径为80μm；

步骤2，装料：

将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入真空热压烧结炉。

步骤3，热压合成：

(1)将真空热压烧结炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，以20℃/min的升温速率升温至1400℃，然后在压力20MPa，保温保压烧制120min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到粒度为80目的四硼化钨陶瓷粉体。

实施例3

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶无定型硼粉＝1∶8配料，混合均匀，得到混合粉体；其中，钨粉纯度大于98％，粒径为3.1μm；无定型硼粉纯度大于95％，粒径为2μm；

步骤2，装料：

将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入真空热压烧结炉。

步骤3，热压合成：

(1)将真空热压烧结炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，以10℃/min的升温速率升温至1350℃，然后在压力50MPa，保温保压烧制60min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到粒度为100目的四硼化钨陶瓷粉体。

实施例4

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶无定型硼粉＝1∶10配料，混合均匀，得到混合粉体；其中，钨粉纯度大于98％，粒径为3.1μm；无定型硼粉纯度大于95％，粒径为2μm；

步骤2，装料：

将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入真空热压烧结炉。

步骤3，热压合成：

(1)将真空热压烧结炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，以10℃/min的升温速率升温至1350℃，然后在压力30MPa，保温保压烧制100min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到粒度为100目的四硼化钨陶瓷粉体。

实施例5

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶无定型硼粉＝1∶4配料，混合均匀，得到混合粉体；其中，钨粉纯度大于98％，粒径为3.1μm；无定型硼粉纯度大于95％，粒径为2μm；

步骤2，装料：

将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入真空热压烧结炉。

步骤3，热压合成：

(1)将真空热压烧结炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，以10℃/min的升温速率升温至1350℃，然后在压力100MPa，保温保压烧制180min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到粒度为100目的四硼化钨陶瓷粉体。

实施例6

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶无定型硼粉＝1∶16配料，混合均匀，得到混合粉体；其中，钨粉纯度大于98％，粒径为3.1μm；无定型硼粉纯度大于95％，粒径为2μm；

步骤2，装料：

将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入真空热压烧结炉。

步骤3，热压合成：

(1)将真空热压烧结炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，以10℃/min的升温速率升温至1200℃，然后在压力30MPa，保温保压烧制30min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到粒度为100目的四硼化钨陶瓷粉体。

实施例7

本发明的四硼化钨陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：

按摩尔比，钨粉∶无定型硼粉＝1∶6配料，混合均匀，得到混合粉体；其中，钨粉纯度大于98％，粒径为3.1μm；无定型硼粉纯度大于95％，粒径为2μm；

步骤2，装料：

将石墨热压模具的内壁表面贴附高密度石墨纸后，将混合粉体装入模具中，放入真空热压烧结炉。

步骤3，热压合成：

(1)将真空热压烧结炉抽真空，保持真空度在10Pa以下，以10℃/min的升温速率升温至1600℃，然后在压力10MPa，保温保压烧制60min；

(2)保温结束后卸压，自然冷却至室温，制得四硼化钨块体；

步骤4，制成品：

将块体表层的石墨纸除去，然后将块体粉碎研磨，得到粒度为100目的四硼化钨陶瓷粉体。