一种核壳结构B4C@TiO2复合粉体及其制备方法

一种核壳结构b4c@tio2复合粉体及其制备方法
技术领域
1.本发明属于b4c@tio2复合粉体技术领域。具体涉及一种核壳结构b4c@tio2复合粉体及其制备方法。


背景技术：

2.tio2是一种在b4c陶瓷致密化过程中常用的烧结助剂。在烧结过程中，b4c会与tio2发生化学反应，tio2中的ti原子取代b4c中的c原子，促进烧结过程中的物质扩散，从而降低b4c陶瓷材料的制备温度，提高致密度。
3.为使tio2对b4c陶瓷具有更好的烧结助剂作用，要求tio2粉体粒径小，且均匀分散在b4c粉体中。然而机械混合难以使tio2和b4c粉体均匀混合，而采用化学法制备b4c-tio2复合粉体正在为技术人员所关注。
4.dong liang等(liang donga,su j,wang y,et al.tio2-loaded boron self-doped carbon derived from nano boron carbide as a non-noble metal bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and evolution reactions[j],catalysis communications,129(2019),105742)以硫酸钛和纳米b4c粉体为原料，稀硫酸为溶剂，在真空条件下热处理虽知道b4c-tio2复合粉体，但该不仅制备条件严格，工艺复杂，且产量低，不利于规模化生产。
[0005]“一种p-n异质结型可见光催化剂b4c/tio2及其制备方法”(cn201410699031.0)专利技术，该技术以b4c粉体和钛酸四正丁酯为原料，以氢氟酸(40wt％)为溶剂，在高压反应釜中于150～210℃条件下保温20～28h，制得b4c-tio2复合粉体。这种方法制备的tio2难以包覆在b4c表面形成核壳结构；且氢氟酸具有腐蚀性，容易污染环境；实验设备成本高，产量低，难以工业化应用。
[0006]
目前公开的b4c-tio2复合粉体的制备技术中tio2，不仅存在工艺复杂、成本高和产量低等问题，所制备的b4c-tio2复合粉体难以均匀分散在b4c表面形成核壳结构，对b4c粉体烧结性能提高的幅度有限。


技术实现要素：

[0007]
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种核壳结构b4c@tio2复合粉体的制备方法，该方法工艺简单、成本低、产量高且无环境污染，所制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体烧结性能好。
[0008]
为实现上述目的，本发明采取的技术方案的具体步骤是：
[0009]
步骤1、按碳化硼粉体∶醇类溶剂的体积比为1∶(80～160)，将所述碳化硼粉体加入到所述醇类溶剂中混合，超声分散10～30min，得到a溶液。
[0010]
步骤2、按所述碳化硼粉体∶钛酸酯的摩尔比为1∶(0.01～1.0)，将所述钛酸酯加入到所述a溶液中，搅拌1～3h，得到b溶液。
[0011]
步骤3、按去离子水∶钛酸酯的体积比为(4～10)∶1，将所述去离子水匀速加入到所
述b溶液中，所述去离子水每分钟的加入量为所述b溶液体积的0.1～0.5倍；再于40～60℃水浴条件下搅拌1～5h，得到c溶液。
[0012]
步骤4、将所述c溶液抽滤，得到沉淀物；将所述沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤3～5次，再于80～100℃条件下干燥10～24h，于600～1000℃和氩气气氛的条件下保温1～5h，制得核壳结构b4c@tio2复合粉体。
[0013]
所述核壳结构b4c@tio2复合粉体的粒径为1～40μm。
[0014]
本技术方案中：
[0015]
所述碳化硼粉体的b4c含量≥99wt％；碳化硼粉体平均粒径为0.1～20μm。
[0016]
所述醇类溶剂为无水甲醇、无水乙醇和异丙醇其中的一种以上；所述醇类溶剂的纯度为化学纯以上。
[0017]
所述钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯和钛酸四正丁酯中的一种以上；所述钛酸酯的纯度为化学纯以上。
[0018]
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：
[0019]
1、本发明所述制备方法采用的碳化硼粉体、钛酸酯和醇类溶剂廉价易得，成本低。
[0020]
2.本发明采用化学法和热处理结合的方式，先利用钛酸酯水解生成tio2，tio2颗粒均匀分散在b4c颗粒表面，然后通过控制热处理温度和保温时间来调控tio2颗粒粒径大小和形貌，工艺简单，形貌可控。
[0021]
3.本发明在控制各参数比例的前提下，通过增加原料碳化硼粉体和钛酸酯的量，能够实现大量制备，产量高，适合工业生产。
[0022]
4.本发明制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体，tio2颗粒在b4c颗粒表面分散均匀，tio2颗粒粒径小，所制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体烧结性能好。
[0023]
5.本发明在制备过程结束后，废液中主要成分为醇类有机物，可以自然降解，无环境污染。
[0024]
因此，本发明具有工艺简单、成本低、产量高且无环境污染的特点，所制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体烧结性能好。
附图说明
[0025]
图1为本发明制备的一种核壳结构b4c@tio2复合粉体的xrd衍射图；
[0026]
图2为图1所示制品所用原料b4c粉体的sem图；
[0027]
图3为图1所示核壳结构b4c@tio2复合粉体的sem图。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和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定。
[0029]
本具体实施方式中：
[0030]
所述核壳结构b4c@tio2复合粉体的粒径为1～40μm；
[0031]
所述碳化硼粉体的b4c含量≥99wt％，碳化硼粉体平均粒径为0.1～20μm；
[0032]
所述醇类溶剂的纯度为化学纯以上；
[0033]
所述钛酸酯的纯度为化学纯以上。
[0034]
实例中不再赘述。
[0035]
实施例1
[0036]
一种核壳结构b4c@tio2复合粉体及其制备方法。本实例所述制备方法的步骤是：
[0037]
步骤1、按碳化硼粉体∶醇类溶剂的体积比为1∶(80～100)，将所述碳化硼粉体加入到所述醇类溶剂中混合，超声分散10～20min，得到a溶液。
[0038]
步骤2、按所述碳化硼粉体∶钛酸酯的摩尔比为1∶(0.01～0.1)，将所述钛酸酯加入到所述a溶液中，搅拌1～2h，得到b溶液。
[0039]
步骤3、按去离子水∶钛酸酯的体积比为(4～6)∶1，将所述去离子水匀速加入到所述b溶液中，所述去离子水每分钟的加入量为所述b溶液体积的0.1～0.2倍；再于40～50℃水浴条件下搅拌1～2h，得到c溶液。
[0040]
步骤4、将所述c溶液抽滤，得到沉淀物；将所述沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤3～4次，再于80～90℃条件下干燥10～16h，于600～700℃和氩气气氛的条件下保温1～2h，制得核壳结构b4c@tio2复合粉体。
[0041]
本实施例中：
[0042]
所述醇类溶剂为无水甲醇；
[0043]
所述钛酸酯为钛酸四乙酯。
[0044]
实施例2
[0045]
一种核壳结构b4c@tio2复合粉体及其制备方法。本实例所述制备方法的步骤是：
[0046]
步骤1、按碳化硼粉体∶醇类溶剂的体积比为1∶(100～120)，将所述碳化硼粉体加入到所述醇类溶剂中混合，超声分散10～20min，得到a溶液。
[0047]
步骤2、按所述碳化硼粉体∶钛酸酯的摩尔比为1∶(0.1～0.5)，将所述钛酸酯加入到所述a溶液中，搅拌1～2h，得到b溶液。
[0048]
步骤3、按去离子水∶钛酸酯的体积比为(6～8)∶1，将所述去离子水匀速加入到所述b溶液中，所述去离子水每分钟的加入量为所述b溶液体积的0.2～0.3倍；再于40～50℃水浴条件下搅拌2～3h，得到c溶液。
[0049]
步骤4、将所述c溶液抽滤，得到沉淀物；将所述沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤3～4次，再于80～90℃条件下干燥16～18h，于700～800℃和氩气气氛的条件下保温2～3h，制得核壳结构b4c@tio2复合粉体。
[0050]
本实施例中：
[0051]
所述醇类溶剂为无水乙醇；
[0052]
所述钛酸酯为钛酸四异丙酯。
[0053]
实施例3
[0054]
一种核壳结构b4c@tio2复合粉体及其制备方法。本实例所述制备方法的步骤是：
[0055]
步骤1、按碳化硼粉体∶醇类溶剂的体积比为1∶(120～140)，将所述碳化硼粉体加入到所述醇类溶剂中混合，超声分散20～30min，得到a溶液。
[0056]
步骤2、按所述碳化硼粉体∶钛酸酯的摩尔比为1∶(0.5～0.7)，将所述钛酸酯加入到所述a溶液中，搅拌2～3h，得到b溶液。
[0057]
步骤3、按去离子水∶钛酸酯的体积比为(8～9)∶1，将所述去离子水匀速加入到所述b溶液中，所述去离子水每分钟的加入量为所述b溶液体积的0.3～0.4倍；再于50～60℃
水浴条件下搅拌3～4h，得到c溶液。
[0058]
步骤4、将所述c溶液抽滤，得到沉淀物；将所述沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～5次，再于90～100℃条件下干燥18～20h，于800～900℃和氩气气氛的条件下保温3～4h，制得核壳结构b4c@tio2复合粉体。
[0059]
本实施例中：
[0060]
所述醇类溶剂为异丙醇；
[0061]
所述钛酸酯为钛酸四正丁酯。
[0062]
实施例4
[0063]
一种核壳结构b4c@tio2复合粉体及其制备方法。本实例所述制备方法的步骤是：
[0064]
步骤1、按碳化硼粉体∶醇类溶剂的体积比为1∶(140～160)，将所述碳化硼粉体加入到所述醇类溶剂中混合，超声分散20～30min，得到a溶液。
[0065]
步骤2、按所述碳化硼粉体∶钛酸酯的摩尔比为1∶(0.7～1.0)，将所述钛酸酯加入到所述a溶液中，搅拌2～3h，得到b溶液。
[0066]
步骤3、按去离子水∶钛酸酯的体积比为(9～10)∶1，将所述去离子水匀速加入到所述b溶液中，所述去离子水每分钟的加入量为所述b溶液体积的0.4～0.5倍；再于50～60℃水浴条件下搅拌4～5h，得到c溶液。
[0067]
步骤4、将所述c溶液抽滤，得到沉淀物；将所述沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤4～5次，再于90～100℃条件下干燥20～24h，于900～1000℃和氩气气氛的条件下保温4～5h，制得核壳结构b4c@tio2复合粉体。
[0068]
本实施例中：
[0069]
所述醇类溶剂为无水甲醇、无水乙醇和异丙醇其中的二种以上；
[0070]
所述钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯和钛酸四正丁酯中的二种以上。
[0071]
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
[0072]
1、本具体实施方式所述制备方法采用的碳化硼粉体、钛酸酯和醇类溶剂廉价易得，成本低。
[0073]
2.本具体实施方式采用化学法和热处理结合的方式，先利用钛酸酯水解生成tio2，通过控制热处理温度和保温时间来调控tio2颗粒粒径大小和形貌，工艺简单，形貌可控。所制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体如图1所示，图1为实施例3制备的一种核壳结构b4c@tio2复合粉体的xrd衍射图；从xrd衍射图可以看出：衍射图谱中有b4c的衍射峰，同时出现了tio2的衍射峰，说明本实施例所制制品中的b4c颗粒表面包覆有tio2颗粒，tio2颗粒均匀分散在b4c颗粒表面。
[0074]
3.本具体实施方式在控制各参数比例的前提下，通过增加原料碳化硼粉体和钛酸酯的量，能够实现大量制备，产量高，适合工业生产。
[0075]
4.本具体实施方式制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体如图3所示，图3为图1所示核壳结构b4c@tio2复合粉体的sem图，与图2所示的原料b4c粉体的sem图相比(图2是图1所示制品所用原料b4c粉体的sem图)，tio2颗粒在b4c颗粒表面分散均匀，tio2颗粒粒径小，所制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体烧结性能好。
[0076]
5.本具体实施方式在制备过程结束后，废液中主要成分为醇类有机物，可以自然降解，无环境污染。
[0077]
本具体实施方式具有工艺简单、成本低、产量高且无环境污染的特点，所制备的核壳结构b4c@tio2复合粉体烧结性能好。