專利名稱：二硼化鈦納米粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米粉的制備方法。
背景技術(shù)：
二硼化鈦(TiB2)陶瓷粉料是一類重要的工程陶瓷原料，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。主要應(yīng)用于硬質(zhì)工具材料、高溫耐腐蝕電極、大規(guī)模集成電路用高強(qiáng)度引線框架材料等。目前應(yīng)用較多的二硼化鈦陶瓷粉料是利用自蔓延高溫合成技術(shù)制備的，其平均粒徑約5um。為了進(jìn)一步提高材料性能，需要制備納米級硼化鈦粉料。1995年，美國Washington University的Susan E.Bates在期刊《Journal ofMaterial Research》中發(fā)表了名為“Synthesis of titanium boride nanocrystallites bysolution-phase processing”的論文，用NaBH4和TiCl4為原料，在三甲苯溶液中，164℃下反應(yīng)合成無定形的TiB2先驅(qū)粉，然后在900～1100℃下退火，制得粒徑范圍5～100nm的TiB2納米粉。這種制備技術(shù)工藝復(fù)雜，產(chǎn)物成分難以控制，需要進(jìn)行后處理，不易實(shí)現(xiàn)大批量的工生產(chǎn)。1996年，《Journal of Material Research》又發(fā)表了WashingtonUniversity的R.L.Axelbam的論文“Gas-phase combustion synthesis of titanium boridenanocrystallites”，報(bào)道了采用TiCl4、BCl3、Na為原料，通過Na氣氣氛中的氣相燃燒反應(yīng)，制備出了粒徑小于15nm的TiB2納米粉末。此技術(shù)可以制備出粒徑小、純度較高的TiB2納米粉，但其要求的技術(shù)含量及成本都比較高。
目前納米粉的制備技術(shù)主要包括化學(xué)氣相法，化學(xué)共沉淀法，機(jī)械合金化法，溶膠-凝膠法，噴霧熱解法及流態(tài)化法等?；瘜W(xué)氣相法工藝條件要求嚴(yán)格，成本較高；化學(xué)共沉淀法需要選擇能夠在堿性溶液中溶解的前驅(qū)體，對制備硼化物難度較大；機(jī)械合金化法制備的納米粉粒徑不均勻；溶膠-凝膠法原料價格高、有機(jī)溶劑具有毒性，同時在高溫下作熱處理時易使顆?？焖賵F(tuán)聚；噴霧法需要高溫及真空條件，對設(shè)備和操作要求較高；流態(tài)化法工藝及設(shè)備復(fù)雜，大批量制備成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用一種比較簡易的方法，大批量制備出粒徑均勻的TiB2納米粉。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是(1)針對微米級的TiB2粉料，利用機(jī)械化學(xué)方法初次細(xì)化晶粒，得到粒度不均的亞微米級粉體，同時產(chǎn)生一定程度的晶格畸變，活化顆粒表面；(2)通過酸洗處理進(jìn)一步細(xì)化晶粒，利用硼化物的層狀結(jié)構(gòu)及吸氫性，獲得粒徑均勻的納米TiB2粉。
本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程詳述如下1.將平均粒徑為5um的純度98％以上TiB2粉末進(jìn)行高能球磨處理，球料比20∶1，球磨40～50小時。獲得粒徑0.1～0.3um的粉體。2.將濃鹽酸與水按1∶5～1∶8、或濃硝酸、磷酸和水按1∶1∶3～1∶1∶5制成酸性溶液，將球磨處理的粉末放入上述酸性溶液中攪拌30分鐘，在室溫下靜置10分鐘后，用水清洗2～3次，以去除沉淀物表面的酸性物質(zhì)，抽濾，烘干，即得到粒徑為50nm左右的、均勻的、純度98％以上的TiB2納米粉體，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于與其它納米粉制備技術(shù)相比，工藝簡單，粒徑均勻，易于進(jìn)行大批量制備。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方案。


圖1二硼化鈦納米粉的制備工藝流程圖。
實(shí)例1∶100克平均粒徑為5微米的TiB2粉末，與適量無水乙醇混合，置于硬質(zhì)合金材質(zhì)的高能球磨機(jī)中球磨40小時，球料比20∶1。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時每隔5～6小時加入一次乙醇溶液，以防止氧化和團(tuán)聚。球磨后的粉末用硝酸∶磷酸∶水＝1∶1∶5的混合酸進(jìn)行酸洗，抽濾，烘干。取酸洗前后的粉末樣品在透射電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)酸洗前粉末不均勻，大顆粒在0.2微米左右，如圖2酸洗前粉末的透射電鏡圖所示。酸洗后的粉末很均勻，平均粒徑50納米左右，如圖3酸洗后粉末的透射電鏡圖所示。利用氮?dú)馕椒椒y定酸洗前后粉末的比表面積，再換算成粉末的平均粒徑dBET.結(jié)果為酸洗前的粉末dBET＝147nm，酸洗后的粉末dBET＝53nm。
實(shí)例2取100克同樣球磨處理的樣品，在鹽酸∶水＝1∶5的酸性溶液中進(jìn)行酸洗處理，隨后抽濾，烘干。利用氮?dú)馕椒椒y定酸洗前后粉末的比表面積，再換算成粉末的平均粒徑dBET.結(jié)果為酸洗前的粉末dBET＝151nm，酸洗后的粉末dBET＝46nm。
權(quán)利要求
1.一種二硼化鈦納米粉的制備方法，其特征是將平均粒徑為5um的TiB2粉末進(jìn)行高能球磨處理，球料比為20∶1，球磨40～50小時，獲得粒徑為0.1～0.3um的粉體，將此粉末置于濃鹽酸與水混合的酸性溶液或濃硝酸、濃磷酸與水混合的酸性溶液中，攪拌30分鐘后，在室溫下靜置10分鐘，用水清洗2～3次，抽濾，烘干，即得到平均粒徑為50nm左右的、均勻的TiB2納米粉體。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是用于酸洗的酸性溶液的配比為濃鹽酸與水的比例為1∶5～1∶8，或者濃硝酸∶濃磷酸∶水的比例為1∶1∶3～1∶1∶5。
全文摘要
本發(fā)明涉及二硼化鈦納米粉的制備方法。本發(fā)明首先將平均粒徑為5微米的二硼化鈦粉末進(jìn)行球磨,提供顆粒表面一定的活化能和晶內(nèi)缺陷,得到亞微米級粒徑不均的二硼化鈦粉;隨后在酸性溶液中對粉末進(jìn)行二次細(xì)化和均勻化處理,經(jīng)酸洗處理后即可得到平均粒徑為50納米左右的二硼化鈦納米粉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單,粉末粒徑均勻,適宜大規(guī)模制備粉體。
文檔編號C01B35/04GK1371863SQ0211566
公開日2002年10月2日 申請日期2002年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月1日
發(fā)明者張東, 傅正義, 逄婷婷 申請人:武漢理工大學(xué)