进行研磨2h后，得到粒径为I?30微米的前驱体粉末；从图1中可知，从SEM中可以看出，采用陈化凝胶制备得到的前躯体颗粒较大，形貌不规则。研磨选用设备为无锡新洋设备科技有限公司生产的SX-8型实验搅拌球磨机。
[0070]步骤九:参见图2所示设置梯度升温速率和降温速率，将前驱体粉末进行不同温度下的预热处理及煅烧，随炉冷却，取出，得到单相ZrB2粉末。
[0071]在实施例1中，参见图2所示，升温和降温速率通过煅烧设备上的控制面板来设置，设置完成后，升温和降温为连续进行。以升温速率5°C/min升至A点(500°C )、以升温速率10°C /min升至B点(800°C )、以升温速率5°C /min升至C点(1000°C )、以升温速率40C /min升至D点(1200°C )、以升温速率3°C /min升至F点(1400°C )、以升温速率2V /min升至G点(1550°C )、以降温速率2V /min降至I点(1000°C )、以降温速率5°C /min降至J点(500°C)、最后随炉冷却至室温。考虑到原料中硼酸三乙酯、D-果糖的物理化学性质，采用梯度升温、保温工艺，在流动氩气气氛下制备ZrB2粉末，其中，D-E段在1200°C下保温2h是为了完成单斜相二氧化锆向四方相二氧化锆的转化，而G-H段在1550°C处保温2h则保证了碳热还原反应的充分进行。
[0072]采用XRD和扫描电镜对单相2池2粉末的性能进行表征。从图3中可知，均可得到单相的ZrB2粉末。从图4中可知，前躯体粉末经煅烧后，得到的粉末颗粒形貌为球形，且颗粒尺寸分布比较均匀，绝大多数颗粒的尺寸小于lOOnm，且粉末颗粒存在轻团聚现象。
[0073]实施例2
[0074]本发明提出了一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶一凝胶法制备单相2池2粉末的方法，该方法包括有下列步骤:
[0075]步骤一:将D —果糖溶于乙酸CH3COOH(质量百分比浓度99.9% )中，在75°C水浴条件下磁力搅拌至形成第一溶液；所述搅拌速度为400r/min ；
[0076]步骤二:将第一溶液置于冷却水中，以6°C /min的降温速率冷却至60°C形成第二溶液；
[0077]步骤三:将硼酸三乙酯(质量百分比浓度97% )与正丙醇锆(质量百分比浓度70% )进行混合形成第三溶液；所述混合条件为:混合温度25°C，搅拌速度400r/min ;
[0078]步骤四:在搅拌速度为200r/min下，将第三溶液加入至第二溶液中形成均相溶液；
[0079]用量:5g的硼酸三乙酯中加入2.5g的D —果糖、5.3g的正丙醇锆、20ml的乙酸。
[0080]步骤五:将均相溶液在60°C水浴中放置15min形成溶胶；
[0081]步骤六:将溶胶在35°C下陈化6天，得到湿凝胶；
[0082]步骤七:将湿凝胶置于温度为80°C的干燥环境下，处理6h得到干凝胶；
[0083]步骤八:将干凝胶进行研磨2h后，得到粒径为I?30微米的前驱体粉末；
[0084]步骤九:设置梯度升温速率和降温速率，将前驱体粉末进行不同温度下的预热处理及煅烧，随炉冷却，取出，得到单相ZrB2粉末。
[0085]在实施例2中，升温和降温速率通过煅烧设备上的控制面板来设置，设置完成后，升温和降温为连续进行。以升温速率6°C/min升至A点(500°C )、以升温速率10°C /min升至B点(800°C )、以升温速率5°C /min升至C点(1000°C )、以升温速率4°C /min升至D点(1150°C )、以升温速率3°C /min升至F点(1400°C )、以升温速率2 V /min升至G点(1600°C )、以降温速率2 V Mn降至I点(1000°C )和以降温速率5°C /min降至J点(500°C )，最后随炉冷却至室温。考虑到原料中硼酸三乙酯、D-果糖的物理化学性质，采用梯度升温、保温工艺，在流动氩气气氛下制备ZrB2粉末，其中，D-E段在1200°C下保温2h是为了完成单斜相二氧化锆向四方相二氧化锆的转化，而G-H段在1600°C处保温1.5h则保证了碳热还原反应的充分进行。
[0086]采用XRD和扫描电镜对单相2池2粉末的性能进行表征。经实施例2的制备方法，可得到单相的ZrB2粉末(XRD图谱)。前躯体粉末经煅烧后，得到的粉末颗粒形貌为球形，且颗粒尺寸分布比较均匀，绝大多数颗粒的尺寸小于lOOnm，且粉末颗粒存在轻团聚现象(SEM照片)ο
[0087]实施例3
[0088]本发明提出了一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶一凝胶法制备单相2池2粉末的方法，该方法包括有下列步骤:
[0089]步骤一:将D —果糖溶于乙酸CH3COOH(质量百分比浓度99.9% )中，在82°C水浴条件下磁力搅拌至形成第一溶液；所述搅拌速度为300r/min ；
[0090]步骤二:将第一溶液置于冷却水中，以5°C /min的降温速率冷却至65°C形成第二溶液；
[0091]步骤三:将硼酸三乙酯(质量百分比浓度97%)与正丙醇锆(质量百分比浓度70% )进行混合形成第三溶液；所述混合条件为:混合温度20°C，搅拌速度300r/min ;
[0092]步骤四:在搅拌速度为200r/min下，将第三溶液加入至第二溶液中形成均相溶液；
[0093]用量:5g的硼酸三乙酯中加入1.4g的D —果糖、3.2g的正丙醇锆、1ml的乙酸。
[0094]步骤五:将均相溶液在60°C水浴中放置1min形成溶胶；
[0095]步骤六:将溶胶在40°C下陈化5天，得到湿凝胶；
[0096]步骤七:将湿凝胶置于温度为80°C的干燥环境下，处理6h得到干凝胶；
[0097]步骤八:将干凝胶进行研磨2h后，得到粒径为I?30微米的前驱体粉末；
[0098]步骤九:设置梯度升温速率和降温速率，将前驱体粉末进行不同温度下的预热处理及煅烧，随炉冷却，取出，得到单相ZrB2粉末。
[0099]在实施例3中，升温和降温速率通过煅烧设备上的控制面板来设置，设置完成后，升温和降温为连续进行。以升温速率5°C/min升至A点(500°C )、以升温速率10°C /min升至B点(800°C )、以升温速率5°C /min升至C点(1000°C )、以升温速率4°C /min升至D点(1200°C )、以升温速率3°C /min升至F点(1400°C )、以升温速率2 V /min升至G点(1550°C )、以降温速率2°C /min降至I点(1000°C )、以降温速率5°C /min降至J点(500°C )、最后随炉冷却至室温。考虑到原料中硼酸三乙酯、D-果糖的物理化学性质，采用梯度升温、保温工艺，在流动氩气气氛下制备ZrB2粉末，其中，D-E段在1200°C下保温2h是为了完成单斜相二氧化锆向四方相二氧化锆的转化，而G-H段在1550°C处保温3h则保证了碳热还原反应的充分进行。
[0100]采用XRD和扫描电镜对单相2池2粉末的性能进行表征。经实施例3的制备方法，可得到单相的ZrB2粉末(XRD图谱)。前躯体粉末经煅烧后，得到的粉末颗粒形貌为球形，且颗粒尺寸分布比较均匀，绝大多数颗粒的尺寸小于lOOnm，且粉末颗粒存在轻团聚现象(SEM照片)ο
[0101]本发明提出了一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶一凝胶法制备单相2池2粉末的方法，所要解决的是如何提高单相ZrB2粉末的纯度、以及优化溶胶一凝胶制备方法的技术问题，该方法通过对硼源的选取、以及不需要溶剂、催化剂，从而实现对单相ZrB2粉末的制备，工艺步骤简单、易操作，获得的单相ZrB2粉末的纯度高的技术效果。
【主权项】
1.一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶一凝胶法制备单相ZrB2粉末的方法，其特征在于包括有下列步骤: 步骤一:将D —果糖溶于乙酸CH3COOH中，在80°C ±5°C水浴条件下磁力搅拌至形成第一溶液； 所述搅拌速度为200r/min?400r/min ； 步骤二:将第一溶液置于冷却水中，以2°C /min?6°C /min的降温速率冷却至600C ±5°C形成第二溶液； 步骤三:将硼酸三乙酯与正丙醇锆进行混合形成第三溶液； 所述混合条件为:混合温度20 °C ±5°C，搅拌速度200r/min?400r/min ； 步骤四:在搅拌速度为200r/min?400r/min下，将第三溶液加入至第二溶液中形成均相溶液； 用量:5g的硼酸三乙酯中加入1.2?2.5g的D —果糖、3.0?5.5g的正丙醇锆、10?20ml的乙酸； 步骤五:将均相溶液在60°C ±5°C水浴中放置10?15min形成溶胶； 步骤六:将溶胶在35°C ±5°C下陈化5?7天，得到湿凝胶； 步骤七:将湿凝胶置于温度为80°C ±5°C的干燥环境下，处理4?6h得到干凝胶；步骤八:将干凝胶进行研磨Ih?2h后，得到粒径为I?30微米的前驱体粉末；步骤九:设置梯度升温速率和降温速率，使前驱体粉末在温度为1550?1600°C下煅烧I?3h，随炉冷却，取出，得到单相ZrB2粉末。
2.根据权利要求1所述的一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶一凝胶法制备单相ZrB2粉末的方法，其特征在于:在所述步骤九中的升温速率和降温速率分别为，以升温速率3?7°C /min升至500°C的A点、 以升温速率8?10°C /min升至800 °C的B点、 以升温速率5?7°C /min升至1000°C的C点、 以升温速率4°C /min升至1150?1200°C的D点、 以升温速率3°C /min升至1400°C的F点、 以升温速率2V /min升至1550?1600°C的G点、 以降温速率I?4°C /min降至1000°C的I点和 以降温速率5?TC /min降至500°C的J点，最后随炉冷却至室温； D-E段在1150?1200°C下保温至少不低于2h，是为了完成单斜相二氧化锆向四方相二氧化锆的转化； G-H段在1550?1600°C处保温I?3h，是保证碳热还原反应的充分进行； 所述步骤九的全过程是在流动的、质量百分比纯度为99.99%的氩气气氛下制备ZrB2粉末的。
3.根据权利要求1所述的一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶一凝胶法制备单相ZrB2粉末的方法，其特征在于:制得的产物是单相ZrB 2粉末。
4.根据权利要求1所述的一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶一凝胶法制备单相ZrB2粉末的方法，其特征在于:制得的单相2池2粉末的颗粒尺寸小于lOOnm，形貌为球形，分布均匀，颗粒存在轻团聚现象。
【专利摘要】本发明公开了一种采用硼酸三乙酯作为硼源通过溶胶－凝胶法制备单相ZrB2粉末的方法，该溶胶－凝胶法采用D-果糖、硼酸三乙酯和正丙醇锆为原料，通过调节B/Zr的摩尔比获得ZrB2的前驱体凝胶粉末，然后在氩气的保护下，进行不同升温和降温的预热及煅烧，随炉冷却，得到单相纯ZrB2粉末。本发明反应得到的前驱体凝胶粉末可达到原子级、分子级均匀，这样通过计算反应物的成分可以严格控制最终合成材料的成分。此外，通过简单的工艺和低廉的设备，即可得到比表面积很大的凝胶或粉末，且产物的纯度很高。
【IPC分类】C01B35-04
【公开号】CN104876236
【申请号】CN201510227947
【发明人】李锐星, 赵月
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月6日