本发明属于zrb2材料技术领域，具体涉及一种10b富集的zrb2粉体的制备方法。
背景技术：
zrb2材料具有高比强度、高比模量、高熔点、耐磨损、抗氧化、耐烧蚀和耐化学稳定性好等优点，是一种性能优异的超高温陶瓷材料，然而zrb2材料是一种共价键化合物，具有高熔点和低子扩散系数，导致烧结温度高，材料的认定和抗热冲击性能较差，在一定程度上限制了应用。
zrb2粉体的制备方法很多，主要通过锆或者锆的氧化物进行硼化来实现，按照反应物状态不同可分为固相法、液相法、气相法，其中固相法中包括直接合成法、碳热还原法、金属热还原法、高温自蔓延合成法、电化学合成法等，碳热还原法和高温自蔓延合成法是最常用的两种方法，碳热还原法采用zro2、h3bo3、c为原料，原料纯度高，且来源简单易得，因此制备的zrb2粉体纯度高，来源简单易得，成本低。
中国专利cn101774600b公开的一种有机-无机杂化zrb2粉体的制备方法，将硼酸和蔗糖溶于乙酸，再降温形成第二溶液，依次将乙酰丙酮、正丙醇锆和蒸馏水加入甲醇溶液中形成第三溶液，将第二溶液加入第三溶液中，加热形成湿凝胶，经干燥研磨得到前驱体粉末，再经高温煅烧得到zrb2粉体。该方法改性溶胶-凝胶工艺结合碳热还原反应机理在较低温度下制备出分散均匀的zrb2粉体，但是该产物会生产一定量的zrc，存在团聚现象。中国文献(“添加剂对碳热还原反应制备zrb2粒径及形貌的影响”，杨磊等，稀有金属)公开的将氯化钠和硼粉作为添加剂，zro2、h3bo3和c粉为原料，利用碳热还原反应制备zrb2粉体，但是在制备过程中颗粒形貌的联结和团聚现象严重。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种10b富集的zrb2粉体的制备方法，采用zro2、h3bo3、c与nacl或者b反应添加剂混合作为原料，辅助粘结剂促进粉体颗粒的分散和粘结，减少了扬尘导致的质量偏差，制备的zrb2粉体纯度高，成本低，制备工艺和设备简单，zrb2粉体的形貌可控，可为长条状、多孔状以及规整形状粉体，具有良好的市场前景。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种10b富集的zrb2粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与nacl或者b反应添加剂混合作为第三种粉末颗粒；
(2)将质量比为1:1-10的粘结剂溶解于有机溶剂中，形成粘结剂溶液；
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下加热脱水，球磨细化，得到原料粉体；
(4)将原料粉体在真空碳管炉中高温合成，得到10b富集的zrb2粉体。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，zro2中hf的含量低于100ppm，h3bo3中的b元素采用10b富集的b，10b的富集度为50-60％，zrb2的用量为zrb2、h3bo3和c的总质量的30-40wt％，h3bo3的用量为zrb2、h3bo3和c的总质量的40-50％，余量为c。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，nacl的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的0-20wt％，b的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的0-10wt％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，第一种粉末颗粒的粒径为50-1500μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，第三种粉末颗粒中还包括润滑剂，第三种粉末颗粒的粒径为1-50μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，有机溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯和二甲苯中的一种或其组合。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、呋喃树脂、聚四氟乙烯和橡胶的一种或其组合，所述粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的0.1-4％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，混合的方式为以溶液滴入、流入或者喷雾的形式，加热脱水的温度为300-900℃，球磨时间为1-60h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，高温合成的氛围为氩气或者氮气，高温合成的温度为1500-2000℃，保温时间为1-6h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，zrb2粉体的形貌可为长条状、多孔状或者规整形状。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的zrb2粉体采用zro2、h3bo3、c作为主要原料，nacl或者b反应添加剂，并添加少量的环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、呋喃树脂、聚四氟乙烯和橡胶作为粘结剂，通过球磨细化，使各粉末颗粒分散均匀，再经脱水、球磨细化，在高温下利用碳热还原反应将zro2还原并硼化得到zrb2粉体。
(2)本发明的制备方法简单，成本低，对设备的要求低，制备过程中避免扬尘导致的质量偏差，易于工业化生产，制备的zrb2粉体纯度高，通过优化高温合成过程中的反应工艺条件，束缚zrb2粉体粒子的取向生长，从而使zrb2粉体的形貌可控，可为长条状、多孔状以及规整形状粉体，因此本发明制备的zrb2粉体具有良好的产业化市场前景。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将粒径为50-180μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与nacl、b反应添加剂混合作为粒径为10μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：c：nacl：b的质量比为33.1％：46.5％：17.4％：1.5％：1.5％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的环氧树脂粘结剂溶解于丙酮有机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的1％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液流入混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在500℃下加热脱水，球磨细化20h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氩气氛围中，在1700℃下高温合成1h，得到长条形10b富集的zrb2粉体。
实施例2：
(1)将粒径为50-150μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与b反应添加剂混合作为粒径为10μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：b的质量比为34.3％：47.8％：17.9％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的环氧树脂粘结剂溶解于丙酮有机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的1％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液滴入混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在550℃下加热脱水，球磨细化25h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氩气氛围中，在1750℃下高温合成3h，得到长条形10b富集的zrb2粉体。
实施例3：
(1)将粒径为50-250μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与nacl、b反应添加剂混合作为粒径为10μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：c：nacl：b的质量比为33.7％：47.1％：17.7％：1.5％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的酚醛树脂和聚氨酯粘结剂溶解于丁酮和乙酸乙酯机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的0.1％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液喷雾混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在650℃下加热脱水，球磨细化35h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氮气氛围中，在1850℃下高温合成5h，得到规则形10b富集的zrb2粉体。
实施例4：
(1)将粒径为1000-1500μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与b反应添加剂混合作为粒径为10-50μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：c：b的质量比为34.5％：45.8％：18.1％：1.6％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的呋喃树脂和橡胶粘结剂溶解于丙酮和二甲苯有机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的4％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液滴入混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在650℃下加热脱水，球磨细化35h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氮气氛围中，在1850℃下高温合成5h，得到规则形10b富集的zrb2粉体。
实施例5：
(1)将粒径为50-1500μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与b反应添加剂混合作为粒径为1-50μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：c：b的质量比为34.8％：46.2％：18.2％：0.8％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的聚四氟乙烯和橡胶粘结剂溶解于丙酮和乙酸乙酯有机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的0.5％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液流入混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在700℃下加热脱水，球磨细化40h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氩气氛围中，在1800℃下高温合成5h，得到规则形10b富集的zrb2粉体。
实施例6：
(1)将粒径为50-1500μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与b反应添加剂混合作为粒径为1-50μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：c：b的质量比为35％：46.4％：18.3％：0.3％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的酚醛树脂粘结剂溶解于乙酸乙酯和二甲苯有机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的2％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液滴入混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在750℃下加热脱水，球磨细化45h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氩气氛围中，在1850℃下高温合成5h，得到规则形10b富集的zrb2粉体。
实施例7：
(1)将粒径为100-200μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与nacl、b反应添加剂混合作为粒径为1-50μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：c：nacl：b的质量比为33.7％：47.1％：17.7％：1.5％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的环氧树脂粘结剂溶解于二甲苯有机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的3％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液喷雾混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在700℃下加热脱水，球磨细化50h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氩气氛围中，在1900℃下高温合成5h，得到规则形10b富集的zrb2粉体。
实施例8：
(1)将粒径为150-200μm的zro2作为第一种粉末颗粒，h3bo3作为第二种粉末颗粒，c与nacl、b反应添加剂混合作为粒径为10μm的第三种粉末颗粒，其中zro2：h3bo3：c：nacl：b的质量比为33.7％：47.1％：17.7％：1.5％，第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量为1kg。
(2)将质量比为1:1-10的环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、呋喃树脂、聚四氟乙烯和橡胶粘结剂溶解于丙酮、丁酮、乙酸乙酯和二甲苯有机溶剂中，形成粘结剂溶液，其中，粘结剂的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的1.5％。
(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液以溶液喷雾混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下，在700℃下加热脱水，球磨细化50h，得到原料粉体。
(4)将原料粉体在真空碳管炉中，在氩气氛围中，在1900℃下高温合成5h，得到规则形10b富集的zrb2粉体。
经检测，实施例1-8制备的原料粉体以及采用常规方法得到的粉末的粘结率、碳含量偏差率的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的10b富集的zrb2粉体的质量较好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。