专利名称：锰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锰的硼化物的技术领域，特别涉及主要组分为二硼化锰 (MnB2)或四硼化三锰(Mn3B4)的锰的硼化物高温高压的制备方法。
背景技术：
超硬材料以其耐高压、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 家制造业的水平的重要体现。现有的超硬材料金刚石与立方氮化硼的应用都有一定的局限 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 硼化物是一种潜在的超硬材料，具有优异的力学、电学性能。如HfB2，&B2，TiB2具有高硬度 和高的热导率，而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。一 般合成过渡族金属二硼化物，均需要铝Al等作为助熔剂，反应生成硼化物需要较高的温度 和较长的高温烧结反应时间。此外，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的硼化物十分困难，还容易 在该化合物中引入除了 Mn与B元素外的杂质。
发明内容
本发明要解决的技术问题是采用新的制备锰的硼化物材料的方法——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锰的硼化物 的材料组分和纯度，制备出较高纯度的MnB2 ；并且该方法易于实施。本发明所述的锰的硼化物主要组分是MnB2 (二硼化锰)或Mn3B4(四硼化三锰)。 本发明的具体技术方案时如下所述。一种锰的硼化物的高温高压制备方法，所述的锰的硼化物主要组分是MnB2或 Mn3B4 ；制备方法是以锰粉(Mn)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锰的硼化物材料；所述的混料压块，是将锰粉和硼粉按摩尔比1 2 4进行混合，按合成腔体大小压成块状；所说的组装，是将块状原料装入加热容器，放入合 成腔体中；所说的高温高压合成，是在高压装置上进行，在压力为1.0 6. OGPa、温度为 1300 2000K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至室温 后卸压，或者是停止加热后先保压3 8分钟后卸压，再自然冷却至室温。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MnB2材料相及其纯度的重要因素，最佳原料配比是锰 粉和硼粉按摩尔比为1 2. 5;最佳合成压力范围为5.0 6. OGPa，最佳合成温度范围为 1500 1750K，保温保压20 40分钟。所述的冷却卸压，采用停止加热后先保压3 8分钟后卸压，再自然冷却至室温 时，有利于对设备的保护，减少压机的使用时间，提高压及使用效率。为了保持样品腔体温度均勻性，组装可以是旁热式加热方式；为了使合成MnB2M料及原料在制备中不被氧化，合成腔体内可以充氩气保护。 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；通过原料的配 比、合成温度和压力来调整MnB2或Mn3B4材料的组分及其纯度，并制备出较高纯度的MnB2。
附图1是本发明实施附图2是本发明实施附图3是本发明实施附图4是本发明实施附图5是本发明实施附图6是本发明实施
J1制备的锰硼化合物X光衍射图。 J 2制备的锰硼化合物X光衍射图。 J 3制备的锰硼化合物X光衍射图。 J 4制备的锰硼化合物X光衍射图。 J 5制备的锰硼化合物X光衍射图。 J 6制备的锰硼化合物X光衍射图。
具体实施例方式以下实施例都是在国产DS029B型六面项压机上完成的。实施例1将分析纯的粒度1 5微米的锰粉(Mn)与粒度1 5微米的硼粉(B)按摩尔比 1 2. 5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，用叶腊石 做绝缘管，合成压力为5. 6GPa，温度1750K，保压保温时间20分钟，停止加热后样品自然冷 却至室温后卸压，此条件制备出纯相的MnB2。具体的X光结果见图1。实施例2采用与实施例1相同的原材料粉，按照按摩尔比1 2混合，粉压成型后采用实施 例1的组装，合成压力为5. 6GPa，温度2000K，保压保温时间20分钟，停止加热后样品自然 冷却至室温后卸压，此条件制备出的锰硼化合物主要组分为Mn3B4相，还含有少量的MnB相。 具体的X光结果见图2。实施例3将分析纯的平均粒度200纳米的锰(Mn)粉与平均粒度200纳米的硼⑶粉按摩尔 比1 4混合，粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为5. 6GPa，温度1750K， 保压保温时间20分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的化合物组 分主要为MnB2,同时含有少量的MnB4相。具体的X光结果见图3。实施例4采用与实施例1相同的组装与原材料，合成压力为5. OGPa，温度1750K，保压保温 时间20分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的组分主要为MnB2,同 时含有少量的MnB相和Mn3B4相。具体的X光结果见图4。实施例5采用与实施例1相同的原材料与组装方式，合成压力为6. OGPa，温度1300K，保压 保温时间20分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的组分主要为 MnB2,同时含有少量的MnB相和Mn3B4相。具体的X光结果见图5。实施例6采用与实施例1相同的原材料、组装方式、合成压力与温度，保压时间延长至40分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的组分主要为MnB2,同时含有少 量的MnB相和Mn3B4相。具体的X光结果见图6。实施例7采用与实施例1相同的组装与原材料，合成压力为1. OGPa，温度1500K，保压保温 时间20分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的组分主要为MnB2,同 时含有少量的MnB相和Mn3B4相。实施例8在实施例1 7中，保温保压时间可以在10 120分钟内，时间过短，影响合成物 中MnB2相的含量，时间长也不会使产品质量有更大的提高，反而降低了产品制备的效率。
权利要求
一种锰的硼化物的高温高压制备方法，所述的锰的硼化物主要组分是MnB2或Mn3B4；制备方法是以锰粉和硼粉为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得锰的硼化物材料；所述的混料压块，是将锰粉和硼粉按摩尔比1∶2～4进行混合，按合成腔体大小压成块状；所说的组装，是将块状原料装入加热容器，放入合成腔体中；所说的高温高压合成，是在高压装置上进行，在压力为1.0～6.0GPa、温度为1300～2000K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至室温后卸压，或者是停止加热后先保压3～8分钟后卸压，再自然冷却至室温。
2.按照权利要求1所述的锰的硼化物的高温高压制备方法，其特征在于，所述的混料 压块，是将锰粉和硼粉按摩尔比1 2. 5进行混合；所述的高温高压合成，压力为5.0 6. OGPa、温度为1500 1750K下保温保压20 40分钟。
3.按照权利要求1或2所述的锰的硼化物的高温高压制备方法，其特征在于，所述的组 装，在合成腔体内充氩气保护。
全文摘要
本发明的锰的硼化物的高温高压制备方法属于超硬材料的技术领域。所述的锰的硼化物主要组分是MnB2或Mn3B4；制备方法是以锰粉和硼粉为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得锰的硼化物材料；锰粉和硼粉按摩尔比1∶2～4；所说的高温高压合成，是在压力为1.0～6.0GPa、温度为1300～2000K下保温保压10～120分钟。本发明方法简单，易于实施；不采用任何助熔剂；通过原料的配比、合成温度和压力来调整MnB2或Mn3B4材料的组分及其纯度，并制备出较高纯度的MnB2。
文档编号C01B35/04GK101973559SQ20101050226
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者何志, 刘冰冰, 孟祥旭, 崔田, 朱品文 申请人:吉林大学