B二硼化锆粉末的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用作中子吸收材料的富kiB 二硼化锆粉体的制备方法，属于新材料技术领域。
【背景技术】
[0002]天然硼元素有两种稳定同位素，即kiB和nB，丰度分别为19.78%和80.22%。wB具有对中子高吸收的独特特性，由于此特性，使得kiB的相关产品在军用防护、核武器及核工业等军事领域得到了广泛应用。
[0003]二硼化锆陶瓷具有高熔点、高硬度、导电导热性好以及中子控制能力良好等特点，并且富kiB 二硼化锆材料具有优异的机械性能和优良的中子吸收性。它较大的提高了核反应堆中子吸收元件的强度，并在中子吸收防弹装甲的领域中拥有巨大的研发潜力，在高温结构陶瓷、复合材料、电极材料、薄膜材料、耐火材料、核控制材料等领域均有广阔的前景。
[0004]关于二硼化锆粉体的合成已有较多的报道。航天材料及工艺研宄所赵彦伟等(赵彦伟，周延春，刘宏瑞，李军平，孙文婷.ZrB2粉体制备技术的研宄进展[J].宇航材料工艺，2014(4):1-10.)总结了国内外ZrB2粉体制备技术:如固相法、液相法和气相法等。详细分析了各种制备技术特点，并展望了 ZrB2粉体制备技术的发展方向。
[0005]如何研宄一种纯度高、粒度小、工艺简单的二硼化锆粉体制备方法是国内外学者的研宄热点。中国专利文件CN1317519A(申请号:01110141.5)公开了二硼化锆或二硼化钛超细粉末的制备方法:应用自蔓延合成原理，提出了新的原料体系和制备工艺，采用氢化锆和单质硼作为原料，经球磨混合、压坯后，须抽真空预热、保温再充氩气点火反应，将反应物进行球磨，获得二硼化锆超细粉末。该方法制得的二硼化锆粉体纯度高、成型性能好，但工艺过程比较复杂，不易于工业化生产。
[0006]中国专利文件CN102115331A(申请号:201110059796.4)公开了一种10B 二硼化锆及其制备方法。将二氧化锆或脱給二氧化锆70?75份，kiB丰度25-99% (at.)的碳化硼19?22份，高纯石墨粉5?9份，以无水乙醇作分散剂，使用氧化错球磨混合2?5小时。将乙醇混合粉料在100°C下，使乙醇全部蒸发。将混合粉料加入感应炉的石墨坩祸中，充入氩气保护，升温至1350?1450°C，保温60分钟；而后，继续升温至1750?1850°C，保持60?120分钟后，停止加热。该专利工艺简单、混料均匀；但原料成本高、生产周期长、杂质含量多。
【发明内容】
[0007]针对现有制备二硼化锆粉末技术生产周期长、产物杂质含量较多等不足，本发明提出了生产周期短、杂质含量少、产物纯度高的一种富kiB 二硼化锆粉体的制备方法。该法利用二氧化锆、富kiB碳化硼和炭黑为原料，混合均匀后在氩气氛围下煅烧，生成富kiB 二硼化锆粉体。本发明工艺简单，产物稳定，得到的粉体纯度高，粒径均匀。
[0008]术语说明
[0009]10B丰度:本发明中kiB丰度是指终产品二硼化锆粉体中kiB的相对含量，％的单位是原子数百分比，直接用“ ％ ”表示。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011]一种富kiB 二硼化锆粉末的制备方法，步骤如下:
[0012]I)取二氧化锆、kiB丰度为60?99% (at.)的富kiB碳化硼和炭黑按摩尔比2:1.2: (3?5.15)的比例混合，搅拌均匀，即得到二氧化锆、富kiB的碳化硼及炭黑的混合物；
[0013]2)将所得到的二氧化锆、富kiB的碳化硼及炭黑的混合物置于石墨坩祸中；
[0014]3)将装有二氧化锆、富硼kiB碳化硼及炭黑混合料的石墨坩祸置于无压烧结炉中，在氩气气氛下，于1500?1800°C煅烧，保温时间0.5?2h，即得富kiB 二硼化锆粉末。
[0015]根据本发明，优选的，所述二氧化锆为平均粒径I?50 μπι的二氧化锆微粉；进一步优选的，二氧化锆为平均粒径5?35 μ m的二氧化锆微粉。
[0016]根据本发明，优选的，所述富kiB碳化硼的kiB丰度为60%?99% (at.)，为平均粒径I?50 μπι的碳化硼微粉；进一步优选的，iqB丰度为86%?99% (at.)，富iqB碳化硼为平均粒径5?35 μ m的碳化硼微粉。
[0017]根据本发明，优选的，所述炭黑为平均粒径I?50 μ m的炭黑微粉；进一步优选的，炭黑为平均粒径10?30 μπι的炭黑微粉；
[0018]优选的，二氧化锆、富kiB碳化硼和炭黑的摩尔比2:1.2:3.3。
[0019]根据本发明，优选的，所需的煅烧温度是1600°C，保温时间为1.5h ;
[0020]根据本发明，优选使用石墨坩祸，石墨坩祸耐高温、不引入杂质。
[0021]本发明的原理:
[0022]2Zr02+B4C+3C = 2ZrB2+4CO ?
[0023]该反应利用二氧化锆、富kiB碳化硼、炭黑在1500?1800°C温度下发生碳热还原反应制备富kiB 二硼化锆，反应物中kiB反应利用率高，生成物只有二硼化锆和一氧化碳，利于反应进行及后续的产物分离。
[0024]合适的煅烧温度和保温时间，煅烧温度太高，容易导致富kiB碳化硼的挥发；煅烧温度太低，不利于富kiB 二硼化锆的生成，影响富kiB 二硼化锆的产率；保温时间过长容易导致晶粒过分长大，保温时间过短不容易结晶；选择合适的煅烧温度和保温时间可以得到纯度高的富kiB的二硼化锆。
[0025]本发明的有益效果如下:
[0026]1、富kiB 二硼化锆粉体，工艺简单，合成速度快、生产成本低。
[0027]2、本发明采用碳热还原法合成富kiB 二硼化锆粉体，产物为二硼化锆和一氧化碳。生成的一氧化碳经燃烧处理排出体系，没有杂质的引入，产物组分稳定，适合大批量生产。
[0028]3、本发明采用碳热还原法合成富kiB 二硼化锆粉体，可使用砂磨机湿法球磨细化晶粒，可操作性强，产业化程度高，所得的二硼化锆粉体纯度高，粒度均匀，平均粒径0.5?0.8 μ m0
[0029]4、本发明采用碳热还原法合成富wB 二硼化锆粉体，10B丰度为86%?99% (at.)，具备高的中子吸收性，是用于核反应堆控制棒、调节棒、安全棒和屏蔽棒的优良材料，同时也是制备中子吸收防弹装甲的理想原料。
【附图说明】
[0030]图1本发明实施例1富wB 二硼化锆粉末的XRD图。
【具体实施方式】
[0031]下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0032]实施例1
[0033]一种富wB 二硼化锆粉末的制备方法，包括如下步骤:
[0034]I)将粒度为5?35 μ