[发明专利]一种硼热还原与碳热还原协同调控合成ZrB2‑SiC复相粉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZrB₂-SiC复合粉末的制备方法，更特别地说，是指一种硼热还原与碳热还原协同调控合成将无机盐类作为锆源，有机酯类作为硅源，制备得到ZrB₂-SiC复相粉末的方法。

背景技术

航空航天及原子能等科学技术的高速发展，对高温结构材料提出了越来越高的要求，要求材料具有优良的高温结构性能以适应苛刻的作业环境。ZrB₂基高温陶瓷材料作为超高温材料家族的一员，由于具备较高的化学稳定性、高的模量、高的硬度、高的电热导率、高的耐腐蚀性、良好的抗热震性及低的饱和蒸汽压等综合性能，而成为目前超高温材料的研究热点之一。

在众多的ZrB₂基复相陶瓷材料中，ZrB₂-SiC复相陶瓷受到了广泛的关注。较ZrB₂单相陶瓷材料而言，ZrB₂-SiC基复相陶瓷的诸多性能均有所改善，SiC的加入有效地提高了ZrB₂的烧结性能、抗氧化性能和机械强度。

发明内容

为了解决溶胶-凝胶法合成ZrB₂-SiC基复相陶瓷的工艺复杂且产量低问题，本发明提出一种在较低温度1550℃下合成ZrB₂-SiC复合粉末的方法。本发明以硝酸氧锆、正硅酸乙酯、氨水、非晶态硼粉和碳粉为原料，通过硼热还原与碳热还原协同调控方法合成ZrB₂-SiC复相粉。

本发明提出的一种采用硼热还原与碳热还原协同调控合成ZrB₂-SiC复合粉末的具体步骤为：

第一步：在30ml混合溶剂中加入1g～3g正硅酸乙酯(C₂H₅O)₄Si，该混合溶剂由乙醇与去离子水按照体积比2:1混合而成；在搅拌速度为200r/min～400r/min下，以5℃/min～10℃/min的升温速率加热到50℃～70℃，保温4h～6h，形成溶液A；

第二步：在22℃～30℃下，向100ml混合溶剂中加入5g～6g硝酸氧锆ZrO(NO₃)₂·2H₂O，该混合溶剂由乙醇与去离子水按照体积比2:1混合而成；在搅拌速度为200r/min～400r/min下，搅拌10min～20min，形成溶液B；

第三步：将溶液A冷却至22℃～30℃，在搅拌速度为200r/min～400r/min下，以20滴～30滴/min的滴加速率加入溶液B中，形成溶液C；

第四步：在22℃～30℃下，将溶液C以20滴～30滴/min的滴加速率滴入装有氨水NH₃·H₂O的烧瓶中，其搅拌速度为200r/min～400r/min，滴加完成后继续搅拌60min～90min得到白色乳浊液D；

用量：1g的硝酸氧锆对应需要浓度为25％～28％的氨水0.5ml～1.5ml；

第五步：将步骤四制得的白色乳浊液D转入离心管中，在离心机上以800r/min～1200r/min转速离心分离2min～5min后，取下，去除上层清液，得沉淀物，并用甲醇洗涤沉淀物3次；

第六步：将洗涤后的沉淀物放入真空度为1×10^－3Pa～4×10^－3Pa、温度为50℃～120℃的真空干燥箱中干燥处理24h～30h后取出，制得非晶态ZrO₂-SiO₂水合物粉；

第七步：将步骤六制得的ZrO₂-SiO₂水合物粉、非晶态硼粉及碳粉装入球磨罐，加入一定量的乙醇，选用玛瑙球作为球磨介质，于球磨机中球磨处理3h～5h后制得混合物浆料；然后将该混合浆料置于功率为2000W红外灯下烘烤18min～30min后制得混合粉；

用量：1g的非晶态ZrO₂-SiO₂水合物粉需要0.2g～0.6g的非晶态硼粉，0.1g～0.15g的碳粉及20ml～30ml的乙醇进行球磨；

在本发明中，球磨介质选取直径分别为10mm、5mm和3mm的玛瑙球，大中小球的使用比例为3:3:4，且球料质量比为4:1。

第八步：将步骤七中制得的混合粉转入刚玉坩埚内，然后将其置于刚玉管式气氛炉中进行煅烧；