[发明专利]一种碳化物陶瓷纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非氧化物陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种碳化物陶瓷纳米粉体的 制备方法。

背景技术

碳化物陶瓷如TiC、ZrC、HfC等具有高熔点、高强度、高耐磨性、化学稳定性好、 高温下热稳定性好、耐烧蚀等优良的性能，可作为候选材料应用在1800℃以上的超高温极 端环境中。然而由于它们具有强的共价键以及较低的自扩散系数，导致它们的常压烧结致密 化困难。通过减小原料粉体的粒径可以提高陶瓷烧结时的驱动力，从而促进陶瓷的常压烧 结。

目前在制备粒径小的过渡金属碳化物粉体主要有两类方法。第一类是通过物理的方 法(如高能球磨等)对微米级的过渡金属碳化物粉体进行研磨得到粒径更为细小的粉体，这 种方法虽然可以有效降低原料粉体的粒径，但在研磨的过程中容易引入氧杂质，这会在一定 程度上降低粉体的烧结驱动力。第二种是在制备过渡金属碳化物粉体时引入过量碳源抑制氧 化物的晶粒粗化，从而制备得到粒径细小的碳化物粉体，但过量的碳会阻碍烧结过程中的物 质传输、降低粉体的烧结活性。第三种是通过溶胶凝胶法得到在分子层级混合的过渡金属碳 化物前驱体，在较低的温度下经碳热还原反应制备得到碳化物粉体，由于反应原料混合均 匀、反应温度较低，所以溶胶凝胶法可以制备得到纳米级的过渡金属碳化物粉体。溶胶凝胶 法也存在一些不足，如制备的粉体容易产生团聚。

发明内容

本发明旨在克服现有溶胶-凝胶法制备碳化物陶瓷的不足，本发明提供了一种碳化物 陶瓷纳米粉体的制备方法。

本发明提供了一种碳化物陶瓷纳米粉体的制备方法，所述方法包括：

1)向含有前驱物、有机碳源的均匀混合溶胶中加入表面活性剂、发泡剂和固化剂，搅拌均 匀后在20-120℃下发泡、固化规定时间，得到所述碳化物陶瓷纳米粉体前驱体，其中前驱物 为碳化物中非碳元素的氧化物、氧氯化物、氢氧化物、或该非碳元素与醇或酮形成的有机配 合物、或者由该非碳元素的醇盐、氧氯化物水解得到的氧化物溶胶，所述碳化物中的非碳元 素包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、和硅；

2)将步骤1)制备的碳化物陶瓷纳米粉体前驱体在1000-1800℃、惰性气氛或真空条件下， 进行碳热还原反应得到所述碳化物陶瓷纳米粉体。

较佳地，所述有机碳源为蔗糖、果糖、葡萄糖、糠醇、酚醛树脂、聚苯乙烯中的至 少一种。

较佳地，所述前驱物中的非碳元素与有机碳源中碳的摩尔比为1：(2.6-3.4)。

较佳地，所述混合物溶胶中，所述碳化物中的非碳元素的摩尔浓度为0.01～2mol/L。

较佳地，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、没食子酸丙酯、曲拉通系列、吐温系 列中的至少一种，所述表面活性剂的添加量为混合溶胶质量的0.1～10％。

较佳地，所述的发泡剂为环戊烷、异戊烷、正戊烷、一氟二氯乙烷中的至少一种， 所述发泡剂的添加量为混合溶胶质量的0.1～10％。

较佳地，所述的固化剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、尿素、乙二胺、三乙胺中的至 少一种，所述固化剂的添加量与溶胶质量之比≦5％。

较佳地，步骤1)中，发泡、固化时间为0.5—12小时。

较佳地，步骤2)中，碳热还原反应的保温时间为0.5-6小时。

较佳地，所述碳化物陶瓷纳米粉体的粒径为150nm-200nm，氧含量为低于0.15wt％。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明的制备方法具有成本低、简单易行、适用范围广等优点，所制备的 碳化物纳米粉体具有粒度分散窄、残碳少、含氧量低等优点，可以应用在相应碳化物陶瓷的 烧结中。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施方式中获得的碳化锆粉体的XRD衍射谱图；

图2示出了本发明的一个实施方式中获得的碳化锆粉体的粒径分布图；

图3示出了本发明的一个实施方式中获得的碳化锆粉体的SEM微观形貌图。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅 用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明涉及一种新型碳化物陶瓷纳米粉体的制备技术，具体说，是涉及一种改进了 的发泡辅助的溶胶凝胶技术来制备碳化物陶瓷纳米粉体的制备技术，属于非氧化物陶瓷材料 制备技术领域。