一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。其技术方案是：将80~91wt%卤化物粉、4~12wt%锆英石粉、0.5~2.5wt%炭粉和2~10wt%镁粉混合，置于电炉中，在氩气气氛下以2~8℃/min的速率升温至1000~1250℃，保温2~6小时；再将用蒸馏水洗涤后的产物放入浓度为2.0~4.0mol/L的盐酸中浸泡3~8小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在45~55℃条件下干燥11~24小时，得碳化锆-碳化硅复合粉体。本发明具有反应温度低、成本低、合成工艺简单、过程易于控制、产率高和产业化生产前景大的特点；所制备的硼化锆超细粉体结晶好、粉体粒度小且分布均匀、无杂相、活性高、颗粒团聚小和纯度高。
【专利说明】一种碳化错-碳化娃复合粉体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于耐火材料粉体【技术领域】。具体涉及一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]ZrC与SiC都具有熔点高(3530°C )、强度高、硬度高、杨氏模量高(E=355GPa)、导热及导电性能优异的特点。因此，ZrC-SiC复合材料是制备高性能硬质合金、航空航天、原子能、纺织、电子、涂层和冶金自动化等高新【技术领域】的关键材料，可望在上述行业得到广泛的应用。
[0003]目前，碳化锆粉体的制备方法有直接合成法、机械合金化法、碳热还原法、溶胶-凝胶法、自蔓延高温合成法等；碳化硅粉体的制备方法有碳热还原法、机械粉碎法、溶胶-凝胶法、有机聚合物热分解法、自蔓延高温合成法等。
[0004]ZrC-SiC复合粉体的制备方法有液相前驱体转化法。该方法以有机锆的聚合物为前驱体，以液态超支化聚碳硅烷为硅源和碳源，通过高温裂解反应制备了 ZrC-SiC复合粉体。该工艺虽周期较短，但其缺点在于成本高昂和工艺复杂。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术存在的不足，目的是提供一种反应温度低、成本低、合成工艺简单、过程易于控制、产率高和产业化生产前景大的碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法。用该方法制备的碳化锆-碳化硅复合粉体结晶好、粉体粒径分布均匀、活性高、无杂相、颗粒团聚小和纯度高。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:先将80~91wt%的卤化物粉、4~12wt%的锆英石粉、0.5~2.5wt%的炭粉和2~10wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以2~8°C /min的升温速率升至1000~1250°C，保温2~6小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为2.0~4.0mol/L的盐酸中浸泡3~8小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在45~55°C条件下干燥11~24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。
[0007]所述错英石粉中的ZrSiO4含量≥99wt%,粒径< 38 μ m。
[0008]所述碳粉中的C含量≥99wt%,粒径≤200 μ m。
[0009]所述金属镁粉中的Mg含量≥99wt%，粒径≤150 μ m。
[0010]所述卤化物粉为氯化镁、或氯化镁与氟化钠的混合物；氯化镁和氟化钠均为工业纯或分析纯，粒径均< 200 μ m。
[0011]所述硝酸银的纯度≥99.8%。
[0012]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果和突出特点:
[0013]1、本发明在熔融盐中实现反应物原子尺度的混合，使反应成分在液相中的流动性增强，扩散速率显著提高，能有效控制反应进程、降低反应温度和缩短反应时间，提高反应物的使用效率，进而提高产率；
[0014]2、本发明通过熔盐法能更容易地控制晶体颗粒的形状和尺寸，粉体粒度为3~IOum0合成产物各组分配比准确，结晶好，成分均匀，无偏析；
[0015]3、本发明在反应过程以及随后的清洗过程中，不需要使用特殊的设备及工艺，整个工艺过程简单；采用酸洗结合水洗的方法，有利于杂质的清除，形成高纯的反应物，无杂相；
[0016]4、本发明的原料来源广泛和价格低廉，生产成本低，具有很大的产业化生产前
旦牙、；
[0017]5、本发明制备的产物的颗粒均匀分散于熔融盐中，避免了相互连接，使得颗粒活性高，分散性很好，极大地降低了溶解洗涤后团聚现象的发生。
[0018]因此，本发明具有反应温度低、成本低、合成工艺简单、过程易于控制、产率高和产业化生产前景大的特点；所制备的硼化锆超细粉体结晶好、粉体粒度小且分布均匀、无杂相、活性高、颗粒团聚小和纯度高。
【具体实施方式】
[0019]下面以【具体实施方式】对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0020]为避免重复，先将本【具体实施方式】所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述:
[0021]所述错英石粉中的ZrSiO4含量≥99wt%,粒径< 38 μ m。
[0022]所述碳粉中的C含量≥99wt%,粒径≤200 μ m。
[0023]所述金属镁粉中的Mg含量≥99wt%，粒径≤150 μ m。
[0024]所述氯化镁和氟化钠均为工业纯或分析纯,粒径均< 200 μ m。
[0025]所述硝酸银的纯度≥99.8%。
[0026]实施例1
[0027]一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。将80-85wt%的氯化镁粉、8-12wt%的错英石粉、1.5-2.5wt%的炭粉和5-10wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以2-4°C /min的升温速率升至1100-1200°C，保温2-4小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为2.0-2.5mol/L的盐酸中浸泡3-5小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在50°C条件下干燥11-24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。
[0028]本实施例所制备的碳化锆-碳化硅复合粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为6~9 μ m0
[0029]实施例2
[0030]一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。将80-85wt%的卤化物粉、8-12wt%的错英石粉、1.5-2.5wt%的炭粉和5-10wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以2-4V /min的升温速率升至1000-1100°C，保温3-5小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为3.0-3.5mol/L的盐酸中浸泡4-6小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在50°C条件下干燥11-24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。[0031 ] 本实施例中卤化物为50~70wt%氯化镁和30~50wt%氟化钠的混合物；本实施例所制备的碳化锆-碳化硅复合粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为4~8 μ m。
[0032]实施例3
[0033]一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。将83~88wt%的氯化镁粉、6~10wt%的错英石粉、1.2~2.0wt%的炭粉和2~5wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以3~5°C /min的升温速率升至1000~1150°C，保温3~5小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为3.5~4.0mol/L的盐酸中浸泡5~7小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在50°C条件下干燥11~24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。
[0034]本实施例所制备的碳化锆-碳化硅复合粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为3~6 μ m0
[0035]实施例4
[0036]一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。将83~88wt%的卤化物粉、6~10wt%的错英石粉、1.2~2.0wt%的炭粉和2~5wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以3~5°C /min的升温速率升至1050~1250°C，保温5~6小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为2.0~2.5mol/L的盐酸中浸泡3~5小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在50°C条件下干燥11~24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。
[0037]本实施例中卤化物为60~85wt%氯化镁和15~40wt%氟化钠的混合物；本实施例所制备的碳化锆-碳化硅复 合粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为3~7 μ m。
[0038]实施例5
[0039]一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。将85~91wt%的氯化镁粉、4~8wt%的错英石粉、0.5~1.5wt%的炭粉和4~8wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以5~8°C /min的升温速率升至1000~1100°C，保温5~6小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为2.0~2.5mol/L的盐酸中浸泡6~8小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在50°C条件下干燥11~24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。
[0040]本实施例所制备的碳化锆-碳化硅复合粉体，纯度高、颗粒无团聚，粒度为5~9 μ m0
[0041]实施例6
[0042]一种碳化锆-碳化硅复合粉体及其制备方法。将85~91wt%的卤化物粉、4~8wt%的错英石粉、0.5~1.5wt%的炭粉和4~8wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以2~4°C /min的升温速率升至1100~1250°C，保温2~4小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为2.5~3.0mol/L的盐酸中浸泡4~6小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在50°C条件下干燥11~24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。
[0043]本实施例中卤化物为50~60wt%氯化镁和40~50wt%氟化钠的混合物；本实施例所制备的硼化锆粉体，纯度高、颗粒无团聚，粒度为6~10 μ m。
[0044]本【具体实施方式】与现有技术相比具有如下积极效果和突出特点:[0045]1、本【具体实施方式】在熔融盐中实现反应物原子尺度的混合，使反应成分在液相中的流动性增强，扩散速率显著提高，能有效控制反应进程、降低反应温度和缩短反应时间，提闻反应物的使用效率，进而提闻广率；
[0046]2、本【具体实施方式】通过熔盐法能更容易地控制晶体颗粒的形状和尺寸，粉体粒度为3~10 μ m。合成产物各组分配比准确,结晶好,成分均匀,无偏析；
[0047]3、本【具体实施方式】在反应过程以及随后的清洗过程中，不需要使用特殊的设备及工艺，整个工艺过程简单；采用酸洗结合水洗的方法，有利于杂质的清除，形成高纯的反应物，无杂相；
[0048]4、本【具体实施方式】的原料来源广泛和价格低廉，生产成本低，具有很大的产业化生产前景；
[0049]5、本【具体实施方式】制备的产物的颗粒均匀分散于熔融盐中，避免了相互连接，使得颗粒活性高，分散性很好，极大地降低了溶解洗涤后团聚现象的发生。
[0050]因此，本【具体实施方式】具有反应温度低、成本低、合成工艺简单、过程易于控制、产率高和产业化生产前景大的特点；所制备的硼化锆超细粉体结晶好、粉体粒度小且分布均匀、无杂相、活性高、颗粒团聚`小和纯度高。
【权利要求】
1.一种碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法，其特征在于先将80~91wt%的卤化物粉、4~12wt%的错英石粉、0.5~2.5wt%的炭粉和2~10wt%的镁粉混合均匀，制得混合物；将混合物置于电炉中，在氩气气氛下以2~8°C /min的升温速率升至1000~1250°C，保温2~6小时；再将所得产物用蒸馏水洗涤，洗涤后的产物放入浓度为2.0~4.0mol/L的盐酸中浸泡3~8小时，过滤，用去离子水清洗过滤后的产物，清洗至清洗液中用硝酸银检测无沉淀产生，在45~55°C条件下干燥11~24小时，即得碳化锆-碳化硅复合粉体。
2.根据权利要求1碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法，其特征在于所述锆英石粉中的ZrSiO4含量≥99wt%,粒径≤38 μ m。
3.根据权利要求1碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法，其特征在于所述碳粉中的C含量> 99wt%,粒径≤200 μ m。
4.根据权利要求1碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法，其特征在于所述金属镁粉中的Mg含量≥99wt%,粒径≤150 μ m。
5.根据权利要求1碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法，其特征在于所述卤化物粉为氯化镁、或氯化镁与氟化钠的混合物；氯化镁和氟化钠均为工业纯或分析纯，粒径均(200 μ m。
6.根据权利要求1碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法，其特征在于所述硝酸银的纯度≤99.8%ο
7.一种碳化锆-碳化硅复合粉体，其特征在于所述碳化锆-碳化硅复合粉体是根据权利要求I~6项中任一项所述碳化锆-碳化硅复合粉体的制备方法所制备的碳化锆-碳化硅复合粉体。
【文档编号】C01B31/36GK103482626SQ201310415772
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】张海军, 张少伟, 李发亮, 成君, 鲁礼林 申请人:武汉科技大学