[发明专利]一种高品质碳化硼结晶块的冶炼制备方法

说明书

本发明的目的在于针对目前碳化硼冶炼技术及其产品存在的不足之处，以及蓝宝石行业对高品质碳化硼的迫切需求，提出了一种高品质碳化硼结晶块的冶炼制备方法。该方法为将碳质还原剂和催化剂分别破碎成粉料；按照重量比例取硼酸粉、碳质还原剂粉、催化剂粉，再加适量水进行混料，搅拌后在高压压球机上压制成团块；将压制好的团块烘干，再放入矿热炉内冶炼，制备出碳化硼结晶大块；将碳化硼结晶大块破碎成小块进行分级，取高品质碳化硼结晶块即为产品。本发明不仅原料利用率高，生产成本低，节约了能源，原料挥发较少，极大降低了粉尘污染，而且生产的碳化硼纯度高、硬度高、密度大，高品质碳化硼产出率高，完全可以满足蓝宝石研磨的需求。

技术领域

本发明属于碳化硼原料生产制备领域，特别涉及一种高品质碳化硼结晶块的冶炼制备方法。

背景技术

蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al2O3)单晶，具有高硬度、耐磨性好、优异机械性能、光学性能和化学稳定性等优良特性，已被广泛地应用于红外军事装置、卫星空间技术和高强度激光的窗口材料。近年来，蓝宝石被广泛用作LED最理想的衬底材料，又开始逐步应用于高端手机领域，如手机屏幕、触控键以及镜头等。

但是蓝宝石不论是用于LED或是手机领域等，都需要先将蓝宝石晶体切割成厚度为800μm左右的晶片，然后再通过研磨和抛光工序将蓝宝石加工成700μm左右的晶片。而研磨工序是蓝宝石关键环节，过去主要是采用不同粒度的金刚石粉进行研磨，但是由于金刚石价格昂贵且产量低，现在国内外逐渐采用价格相对低廉的碳化硼替代金刚石对蓝宝石进行研磨。

碳化硼，分子式为B4C，为灰黑色粉末，是最硬的人造磨料之一。目前碳化硼工业生产的主要方法就是碳热还原法即在电弧炉内用碳还原硼酸来制备的。如在公开号为CN1421386A的发明申请《核工业用碳化硼粉的制备方法》中，将硼酸、炭黑和石油焦粉混合后，放入电弧炉中在2350～2500℃下冶炼10～14h后生成块状碳化硼，再将其粉碎成粒径小于63μm的粉体。在公开号为CN102115080B的发明专利《一种10B碳化硼及其制备方法》中，将富含10B的硼酸和高纯石墨粉混合后压片，然后在100～200℃和500～700℃下分段焙烧脱水后放入感应加热炉或石墨加热炉或者电弧炉中进行碳化，碳化温度1855～2100℃下得到10B碳化硼产品。

在以上两个发明中，由于粉料的直接入炉和电弧炉明弧冶炼的特性，这就造成了以下缺点：(1)由于硼酸挥发损失大，使得硼酸和碳的配料比容易失调、难以准确控制；(2)由于电弧炉明弧冶炼的特性，造成硼酸挥发损失大，电弧炉炉内温度低且难以保温，且电弧炉内不同炉区的温度差别较大，所以生产的碳化硼杂质高、硬度低、密度小、质量差，能用于蓝宝石研磨用的高品质碳化硼的产出率低(20～40％)；(3)碳化硼冶炼能耗较高，环境污染严重。

发明内容

本发明的目的在于针对目前碳化硼冶炼技术及其产品存在的不足之处，以及蓝宝石行业对高品质碳化硼的迫切需求，提出了一种高品质碳化硼结晶块的冶炼制备方法。本发明不仅原料利用率高，生产成本低，节约了能源，而且生产的碳化硼纯度高、硬度高、密度大，高品质碳化硼产出率高(60％～80％)，完全可以满足蓝宝石的研磨的需求，此外，本方法的原料挥发较少，极大降低了粉尘污染。

一种高品质碳化硼结晶块的冶炼制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳质还原剂和催化剂分别破碎成粒度为≤3mm的粉料；

(2)按照重量比例取硼酸粉、碳质还原剂粉、催化剂粉，再加适量水进行混料，搅拌后在高压压球机上压制成团块；

(3)将压制好的团块烘干；