一種硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法
【專(zhuān)利摘要】一種硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法，包括以下步驟：（1）在氮?dú)饣驓鍤鈿夥罩?，將鋯氫化合物放入反?yīng)瓶中，按四氫呋喃與鋯氫化合物的質(zhì)量比為3～5:1的比例加入四氫呋喃；（2）將反應(yīng)瓶置于冷卻槽中，設(shè)定冷卻槽溫度-15～-30℃，開(kāi)始冷卻，啟動(dòng)磁力攪拌；（3）當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，向反應(yīng)瓶中逐滴滴加硼氫化合物，所加硼氫化合物與鋯氫化合物的摩爾比為2.0～2.5:1.0，滴加完畢后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1～2小時(shí)；（4）連接真空系統(tǒng)，在室溫下減壓蒸餾，將溶劑抽至液氮冷卻的冷阱內(nèi)，得ZrB2陶瓷先驅(qū)體粉末。本發(fā)明合成產(chǎn)率高，可溶性好，陶瓷產(chǎn)率高，合成的ZrB2陶瓷先驅(qū)體適用于制備ZrB2基復(fù)合材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硼化鋯(ZrB2)陶瓷先驅(qū)體的合成方法，尤其是涉及一種基于Zr-H-B多中心橋鍵的ZrB2陶瓷先驅(qū)體的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天、航空、兵器、能源等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)材料的性能提出了越來(lái)越高的要求。新材料技術(shù)已經(jīng)成為上述領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸技術(shù)之一。在航天領(lǐng)域，隨著飛行器飛行速度的提高以及飛行器高可靠性的要求，對(duì)輕質(zhì)和耐高溫材料提出了更高要求。傳統(tǒng)的金屬材料和高分子材料已很難滿(mǎn)足這些應(yīng)用要求。耐高溫、低密度的陶瓷基復(fù)合材料已成為耐高溫材料的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]上世紀(jì)60年代，美國(guó)國(guó)家航空航天局、阿爾伯克基桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)空軍針對(duì)高超聲速飛行器，可重復(fù)使用天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)等對(duì)耐超高溫、抗氧化、低燒蝕(無(wú)燒蝕)材料的需求,拉開(kāi)了超高溫陶瓷研究的序幕。
[0004]超高溫陶瓷(Ultra-High-TemperatureCeramics, UHTCs),國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有統(tǒng)一定義，一般是指熔點(diǎn)大于3000°C的氧化物、硼化物和碳化物陶瓷，如ZrB2、ZrC、TiB2, TaB2,HfB2、TiC、TaC、HfC、NbC等。超高溫陶瓷及其復(fù)合材料兼有耐超高溫、高強(qiáng)度、高模量、低密度等優(yōu)異性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。其中，ZrB2陶瓷被認(rèn)為是最重要的一種超高溫陶瓷，已成為未來(lái)航空航天領(lǐng) 域最具潛力的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料之一，成為各國(guó)超高溫陶瓷研究與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。
[0005]Zr與B能形成多種化合物，有ZrB、ZrB2, ZrB12等，其中ZrB2在很寬的溫度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。B為主族，外層電子是2s22p2;Zr為副族，外層電子為5s24d2，ZrB2為六方晶系C32型準(zhǔn)金屬結(jié)構(gòu)化合物。在ZrB2的晶體結(jié)構(gòu)中B_離子外層有四個(gè)電子，每個(gè)B_與另外三個(gè)『以共價(jià)σ鍵相連接，形成六方形的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；多余的一個(gè)電子則形成空間的離域大η鍵結(jié)構(gòu)。B—離子和Zr2+離子由于靜電作用，形成離子鍵。晶體結(jié)構(gòu)中硼原子面和鋯原子面交替出現(xiàn)構(gòu)成二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種類(lèi)似于石墨結(jié)構(gòu)的硼原子層狀結(jié)構(gòu)和鋯原子層狀結(jié)構(gòu)決定了 ZrB2具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和金屬光澤。而硼原子面和鋯原子面之間的Zr-B離子鍵以及B-B共價(jià)鍵的強(qiáng)鍵性則決定了 ZrB2的高熔點(diǎn)、高硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。
[0006]因ZrB2同時(shí)擁有金屬鍵和共價(jià)鍵，故其具有陶瓷和金屬的雙重性，因此它具有熔點(diǎn)、硬度高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，且抗鋼水腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。ZrB2主要理化性能指標(biāo)如表1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在氮?dú)饣驓鍤鈿夥罩?，將鋯氫化合物放入反?yīng)瓶中，按四氫呋喃與鋯氫化合物的質(zhì)量比為3~5:1的比例，加入四氫呋喃溶劑； (2)將反應(yīng)瓶置于冷卻槽中，設(shè)定冷卻槽溫度-15~_30°C，開(kāi)始冷卻，啟動(dòng)磁力攪拌； (3)當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，向反應(yīng)瓶中逐滴滴加硼氫化合物，所加硼氫化合物與鋯氫化合物的摩爾比為2.0~2.5:1.0，滴加完畢后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I~2小時(shí)； (4)連接真空系統(tǒng)，在室溫下減壓蒸餾，將溶劑抽至液氮冷卻的冷阱內(nèi)，得ZrB2陶瓷先驅(qū)體粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鋯氫化合物為二環(huán)戊二烯基二氫化鋯、二環(huán)戊二烯基氯氫化鋯或二甲基二氫化鋯。
3.根據(jù) 權(quán)利要求1或2所述的硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法，其特征在于，步驟(3)中，所述硼氫化合物為硼烷、硼氮烷或氨硼烷。
4.一種硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在氮?dú)饣驓鍤鈿夥罩?，將鋯氫化合物放入反?yīng)瓶中，按四氫呋喃與鋯氫化合物的質(zhì)量比為3~5:1的比例，加入四氫呋喃溶劑； (2)將反應(yīng)瓶置于冷卻槽中，設(shè)定冷卻槽溫度-15~_30°C，開(kāi)始冷卻，啟動(dòng)磁力攪拌； (3)當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，向反應(yīng)瓶中逐滴滴加硼氫化合物，所加硼氫化合物與鋯氫化合物的摩爾比為2.0~2.5:1.0，滴加完畢后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I~2小時(shí)； (4)向反應(yīng)瓶逐滴滴加含乙烯基的硅烷化合物，所加含乙烯基的硅烷化合物與硼氫化合物的摩爾比為0.1~0.5:1.0，持續(xù)攪拌反應(yīng)4~6小時(shí)； (5)連接真空系統(tǒng)，在室溫下減壓蒸餾，將溶劑抽至液氮冷卻的冷阱內(nèi)，得到ZrB2陶瓷先驅(qū)體粉末，即成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硼化鋯陶瓷先驅(qū)體的合成方法，其特征在于，步驟(4)中，所述含乙烯基的硅烷化合物為二甲基乙烯基硅烷、二甲基二乙烯基硅烷、甲基二乙烯基硅烷或四乙烯基硅烷。
【文檔編號(hào)】C04B35/58GK103964856SQ201410222505
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】謝征芳, 鄧曉軍, 鎖興文, 周庭 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)