[发明专利]一种10B富集的ZrB2粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于ZrB₂材料技术领域，具体涉及一种¹⁰B富集的ZrB₂粉体的制备方法。

背景技术

ZrB₂材料具有高比强度、高比模量、高熔点、耐磨损、抗氧化、耐烧蚀和耐化学稳定性好等优点，是一种性能优异的超高温陶瓷材料，然而ZrB₂材料是一种共价键化合物，具有高熔点和低子扩散系数，导致烧结温度高，材料的认定和抗热冲击性能较差，在一定程度上限制了应用。

ZrB₂粉体的制备方法很多，主要通过锆或者锆的氧化物进行硼化来实现，按照反应物状态不同可分为固相法、液相法、气相法，其中固相法中包括直接合成法、碳热还原法、金属热还原法、高温自蔓延合成法、电化学合成法等，碳热还原法和高温自蔓延合成法是最常用的两种方法，碳热还原法采用ZrO₂、H₃BO₃、C为原料，原料纯度高，且来源简单易得，因此制备的ZrB₂粉体纯度高，来源简单易得，成本低。

中国专利CN 101774600B公开的一种有机-无机杂化ZrB₂粉体的制备方法，将硼酸和蔗糖溶于乙酸，再降温形成第二溶液，依次将乙酰丙酮、正丙醇锆和蒸馏水加入甲醇溶液中形成第三溶液，将第二溶液加入第三溶液中，加热形成湿凝胶，经干燥研磨得到前驱体粉末，再经高温煅烧得到ZrB₂粉体。该方法改性溶胶-凝胶工艺结合碳热还原反应机理在较低温度下制备出分散均匀的ZrB₂粉体，但是该产物会生产一定量的ZrC，存在团聚现象。中国文献(“添加剂对碳热还原反应制备ZrB₂粒径及形貌的影响”，杨磊等，稀有金属)公开的将氯化钠和硼粉作为添加剂，ZrO₂、H₃BO₃和C粉为原料，利用碳热还原反应制备ZrB₂粉体，但是在制备过程中颗粒形貌的联结和团聚现象严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种¹⁰B富集的ZrB₂粉体的制备方法，采用ZrO₂、H₃BO₃、C与NaCl或者B反应添加剂混合作为原料，辅助粘结剂促进粉体颗粒的分散和粘结，减少了扬尘导致的质量偏差，制备的ZrB₂粉体纯度高，成本低，制备工艺和设备简单，ZrB₂粉体的形貌可控，可为长条状、多孔状以及规整形状粉体，具有良好的市场前景。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种¹⁰B富集的ZrB₂粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将ZrO₂作为第一种粉末颗粒，H₃BO₃作为第二种粉末颗粒，C与NaCl或者B反应添加剂混合作为第三种粉末颗粒；

(2)将质量比为1:1-10的粘结剂溶解于有机溶剂中，形成粘结剂溶液；

(3)将第一种粉末颗粒与粘结剂溶液混合，再加入第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒，混合，干燥的同时进行搅拌破碎，真空下加热脱水，球磨细化，得到原料粉体；

(4)将原料粉体在真空碳管炉中高温合成，得到¹⁰B富集的ZrB₂粉体。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，ZrO₂中Hf的含量低于100ppm，H₃BO₃中的B元素采用¹⁰B富集的B，¹⁰B的富集度为50-60％，ZrB₂的用量为ZrB₂、H₃BO₃和C的总质量的30-40wt％，H₃BO₃的用量为ZrB₂、H₃BO₃和C的总质量的40-50％，余量为C。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，NaCl的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的0-20wt％，B的用量为第一种粉末颗粒、第二种粉末颗粒和第三种粉末颗粒的总质量的0-10wt％。