專利名稱：采用溶膠凝膠法制備ZrB₂粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備ZrB2材料的方法，更特別地說，是指一種采用溶膠凝膠法將 有機(jī)醇鹽作為鋯源，蔗糖作為碳源制備得到ZrB2粉末的方法。
背景技術(shù)：
隨著宇航、航空、原子能、冶煉技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料提出了越 來越苛刻的要求，要求材料具有良好的高溫性能以適應(yīng)苛刻的作業(yè)環(huán)境。因此作為超高溫 材料家族的一員，近年來，人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注過渡金屬的硼化物，其中ZrB2是最有希望獲 得應(yīng)用的材料之一，因?yàn)樗哂懈呷埸c(diǎn)、高硬度、高抗熱震性能、高電導(dǎo)率和高熱導(dǎo)率等綜 合特性，因此其在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、超聲波飛機(jī)、耐火材料以及核控制等極端超高溫條件下的候 選材料。 在專利號(hào)ZL 200610114427. X、申請(qǐng)日2006年11月10日中公開了一種高純超 細(xì)二硼化鋯粉料及其制備方法。該方法是先按配比將B^、 C粉和H^混合，調(diào)節(jié)pH值，得 到B^和C粉混合懸浮液；將氧氯化鋯溶解于去離子水中，制成氧氯化鋯溶液；將混合懸浮 液與氧氯化鋯溶液混和，加氨水，使氧氯化鋯充分水解沉淀；將懸浮體固液分離，水洗，去除 NH/和C1—，烘干后過篩；再將粉料放入真空爐中進(jìn)行反應(yīng)合成，合成溫度1500 1600°C ，保 溫0. 5 4小時(shí)；粉體磨細(xì)，過篩。 在Scripta Materialia 50(2004)959-961出版的"Preparation and someproperties of nanocrystalline ZrB2 powders ，，中公開了——禾中米用固相法合成 ZrCl4+2NaBH4 — ZrB2。 在Journal of the European Ceramic Society 29(2009)1501-1506出版 的"Preparation of nano_size ZrB2 powder by self_propagatinghigh_temperature synthesis"中公開了一種采用自蔓延高溫燃燒法制得Zr+2B = ZrB2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種采用有機(jī)醇鹽進(jìn)行溶膠凝膠法制備ZrB2的方法，制備 ZrB2粉末所需原料有蔗糖、硼酸、乙酸和正丙醇鋯；通過調(diào)節(jié)C/Zr的配比來合成前驅(qū)體， 然后使用氧化鋁管式爐，在氬氣的保護(hù)下、140(TC 155(TC下煅燒lh 2h，隨爐降溫至 22°C 30°C后，取出，得到ZrB2粉末。 本發(fā)明是一種采用有機(jī)醇鹽進(jìn)行溶膠凝膠法制備ZrB2的方法，該制備方法包括有 下列制備步驟 步驟一 將硼酸113803和蔗糖溶于乙酸(^30)011(分析純99. 9% )中，在攪拌狀態(tài)下 以5°C /min l(TC /min的升溫速率加熱到8(TC形成第一溶液；
攪拌速度為200r/min 400r/min ; 用量100ml的乙酸中加入4g 10g的硼酸和5g 10g的蔗糖； 步驟二 將第一溶液置于冷卻水中，以5°C /min 10°C /min的降溫速率冷卻至22。C 30。C形成第二溶液； 步驟三在攪拌速度為200r/min 400r/min下將正丙醇鋯溶液(分析純99. 9% ) 加入至第二溶液中形成第三溶液；用量100ml的第二溶液中加入10ml 20ml的正丙醇鋯溶液； 步驟四以5°C /min l(TC /min的升溫速率加熱第三溶液到65°C，并在此溫度
下攪拌2h 4h形成濕凝膠，攪拌速度為200r/min 400r/min ; 步驟五將濕凝膠放入干燥溫度為80°C 120°C的干燥箱中干燥處理2h 4h得 到干凝膠； 步驟六將干凝膠在研缽中手動(dòng)研磨lh 2h后得到前驅(qū)體粉末；
步驟七將前驅(qū)體粉末加入剛玉坩堝內(nèi)，并置于氧化鋁管式爐中； 抽真空度至1 X 10—3Pa 4 X 10—3Pa后沖入氬氣，氬氣流量50ml/min 80ml/min ;
在1400°C 1550。C溫度下煅燒lh 2h后，隨爐降溫至22°C 30。C，取出，得到 ZrB2粉末。 采用本發(fā)明方法制得ZrB2粉體的產(chǎn)率是以蔗糖的添加量為參照量的，即10g的蔗 糖會(huì)制得60 % 89 %的ZrB2粉體。
本發(fā)明制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于 ①反應(yīng)過程中溶液屬于分子/離子級(jí)別的混合，這樣使得反應(yīng)的重復(fù)性好，同時(shí) 有利于獲得尺寸細(xì)小、比表面積大的粉末顆粒。 ②通過調(diào)節(jié)C/Zr的摩爾比來進(jìn)行原料配制，用料可控，合成ZrB2粉末的產(chǎn)率高。
③制備所需設(shè)備簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和。


圖1是實(shí)施例1制得的ZrB2粉末的XRD圖。
圖2是實(shí)施例1制得的ZrB2粉末的電鏡掃描照片。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 本發(fā)明是一種采用有機(jī)醇鹽進(jìn)行溶膠凝膠法制備ZrB2的方法，該制備方法包括有 下列制備步驟 步驟一 將硼酸113803和蔗糖溶于乙酸(^30)011(分析純99. 9% )中，在攪拌狀態(tài)下 以5°C /min 10°C /min的升溫速率加熱到8(TC形成第一溶液；
攪拌速度為200r/min 400r/min ; 用量100ml的乙酸中加入4g 10g的硼酸和5g 10g的蔗糖； 在本發(fā)明的此步驟中，將硼酸和蔗糖加入乙酸時(shí)，是在常溫下進(jìn)行的，這里的常溫
是指加工車間或者空調(diào)房間里的溫度，一般設(shè)定為22°C 40°C。在攪拌下進(jìn)行升溫溶解，
有利于硼酸、蔗糖和乙酸的均勻溶解。 步驟二 將第一溶液置于冷卻水中，以5°C /min 10°C /min的降溫速率冷卻至 22。C 30。C形成第二溶液； 在本發(fā)明的此步驟中，冷卻水提供的溫度環(huán)境不作要求，為本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)。
步驟三在攪拌速度為200r/min 400r/min下將正丙醇鋯溶液(分析純99. 9% ) 加入至第二溶液中形成第三溶液； 用量100ml的第二溶液中加入10ml 20ml的正丙醇鋯溶液； 步驟四以5°C /min l(TC /min的升溫速率加熱第三溶液到65°C，并在此溫度
下攪拌2h 4h形成濕凝膠，攪拌速度為200r/min 400r/min ; 步驟五將濕凝膠放入干燥溫度為80°C 120°C的干燥箱中干燥處理2h 4h得 到干凝膠； 步驟六將干凝膠在研缽中手動(dòng)研磨lh 2h后得到前驅(qū)體粉末； 步驟七將前驅(qū)體粉末加入剛玉坩堝內(nèi)，并置于氧化鋁管式爐中；抽真空度至1 X 10—3Pa 4 X 10—3Pa后沖入氬氣，氬氣流量50ml/min 80ml/min ; 在1400°C 1550。C溫度下煅燒lh 2h后，隨爐降溫至22°C 30。C，取出，得到
ZrB2粉末。 實(shí)施例1 步驟一 將硼酸H3B03和蔗糖溶于乙酸CH3C00H(分析純99. 9% )中，在攪拌狀態(tài)下 以8°C /min的升溫速率加熱到8(TC形成第一溶液；
攪拌速度為350r/min ; 用量100ml的乙酸中加入6. 08g的硼酸和6. 24g的蔗糖； 步驟二 將第一溶液置于冷卻水中，以8°C /min的降溫速率冷卻至22。C形成第二 溶液； 步驟三在攪拌速度為350r/min下將正丙醇鋯溶液(分析純99. 9% )加入至第 二溶液中形成第三溶液； 用量100ml的第二溶液中加入14ml的正丙醇鋯溶液； 步驟四以8°C /min的升溫速率加熱第三溶液到65°C ，并在此溫度下攪拌4h形成 濕凝膠，攪拌速度為350r/min ; 步驟五將濕凝膠放入干燥溫度為12(TC的干燥箱中干燥處理2h得到干凝膠； 步驟六將干凝膠在研缽中手動(dòng)研磨lh后得到前驅(qū)體粉末； 步驟七將前驅(qū)體粉末加入剛玉坩堝內(nèi)，并置于氧化鋁管式爐中； 抽真空度至3 X 10—3Pa后沖入氬氣，氬氣流量80ml/min ; 在155(TC溫度下煅燒1. 5h后，隨爐降溫至22°C ，取出，得到ZrB2粉末。 圖1是實(shí)施例1制得產(chǎn)物的XRD衍射圖譜，圖中所示表明實(shí)施例1制得產(chǎn)物的特
征衍射峰均屬于ZrB^ 圖2是實(shí)施例1制得產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)照片，圖中所示表明實(shí)施例1制得產(chǎn) 物為ZrB2結(jié)構(gòu)，其外形為球狀，直徑為50 80nm左右。 應(yīng)用6. 24g的蔗糖可制得ZrB2粉末11. 26g，則產(chǎn)率為55. 41% (即10g的蔗糖會(huì) 制得88. 80X的ZrB2粉體)。
實(shí)施例2 步驟一 將硼酸H3B03和蔗糖溶于乙酸CH3C00H(分析純99. 9% )中，在攪拌狀態(tài)下 以5°C /min的升溫速率加熱到8(TC形成第一溶液；
攪拌速度為400r/min ;
5
用量100ml的乙酸中加入6. 17g的硼酸和7. 13g的蔗糖； 步驟二 將第一溶液置于冷卻水中，以5°C /min的降溫速率冷卻至3(TC形成第二 溶液； 步驟三在攪拌速度為400r/min下將正丙醇鋯溶液(分析純99. 9% )加入至第 二溶液中形成第三溶液； 用量100ml的第二溶液中加入16ml的正丙醇鋯溶液； 步驟四以5°C /min的升溫速率加熱第三溶液到65°C ，并在此溫度下攪拌3h形成 濕凝膠，攪拌速度為400r/min ; 步驟五將濕凝膠放入干燥溫度為IO(TC的干燥箱中干燥處理3h得到干凝膠； 步驟六將干凝膠在研缽中手動(dòng)研磨2h后得到前驅(qū)體粉末； 步驟七將前驅(qū)體粉末加入剛玉坩堝內(nèi)，并置于氧化鋁管式爐中； 抽真空度至2 X 10—3Pa后沖入氬氣，氬氣流量50ml/min ; 在150(TC溫度下煅燒2h后，隨爐降溫至30°C ，取出，得到ZrB2粉末。 應(yīng)用7. 13g的蔗糖可制得ZrB2粉末15. 75g，則產(chǎn)率為45. 07% (即lOg的蔗糖會(huì)
制得63. 21X的ZrB2粉體)。 實(shí)施例3 步驟一 將硼酸H3B03和蔗糖溶于乙酸CH3C00H(分析純99. 9% )中，在攪拌狀態(tài)下 以10°C /min的升溫速率加熱到8(TC形成第一溶液；
攪拌速度為200r/min ; 用量100ml的乙酸中加入6. 01g的硼酸和5. 55g的蔗糖； 步驟二 將第一溶液置于冷卻水中，以10°C /min的降溫速率冷卻至3(TC形成第二 溶液； 步驟三在攪拌速度為200r/min下將正丙醇鋯溶液(分析純99. 9% )加入至第 二溶液中形成第三溶液； 用量100ml的第二溶液中加入12ml的正丙醇鋯溶液； 步驟四以10°C /min的升溫速率加熱第三溶液到65°C ，并在此溫度下攪拌2h形 成濕凝膠，攪拌速度為200r/min ; 步驟五將濕凝膠放入干燥溫度為8(TC的干燥箱中干燥處理4h得到干凝膠； 步驟六將干凝膠在研缽中手動(dòng)研磨2h后得到前驅(qū)體粉末； 步驟七將前驅(qū)體粉末加入剛玉坩堝內(nèi)，并置于氧化鋁管式爐中； 抽真空度至4 X 10—3Pa后沖入氬氣，氬氣流量80ml/min ; 在140(TC溫度下煅燒2h后，隨爐降溫至30°C ，取出，得到ZrB2粉末。 應(yīng)用5. 55g的蔗糖可制得ZrB2粉末11. 56g，則產(chǎn)率為48. 01% (即10g的蔗糖會(huì)
制得86. 50X的ZrB2粉體)。
權(quán)利要求
一種采用溶膠凝膠法制備ZrB2粉體的方法，其特征在于包括有下列制備步驟步驟一將硼酸H3BO3和蔗糖溶于乙酸CH3COOH中，在攪拌狀態(tài)下以5℃/min～10℃/min的升溫速率加熱到80℃形成第一溶液；攪拌速度為200r/min～400r/min；用量100ml的乙酸中加入4g～10g的硼酸和5g～10g的蔗糖；步驟二將第一溶液置于冷卻水中，以5℃/min～10℃/min的降溫速率冷卻至22℃～30℃形成第二溶液；步驟三在攪拌速度為200r/min～400r/min下將正丙醇鋯溶液加入至第二溶液中形成第三溶液；用量100ml的第二溶液中加入10ml～20ml的正丙醇鋯溶液；步驟四以5℃/min～10℃/min的升溫速率加熱第三溶液到65℃，并在此溫度下攪拌2h～4h形成濕凝膠，攪拌速度為200r/min～400r/min；步驟五將濕凝膠放入干燥溫度為80℃～120℃的干燥箱中干燥處理2h～4h得到干凝膠；步驟六將干凝膠在研缽中手動(dòng)研磨1h～2h后得到前驅(qū)體粉末；步驟七將前驅(qū)體粉末加入剛玉坩堝內(nèi)，并置于氧化鋁管式爐中；抽真空度至1×10-3Pa～4×10-3Pa后沖入氬氣，氬氣流量50ml/min～80ml/min；在1400℃～1550℃溫度下煅燒1h～2h后，隨爐降溫至22℃～30℃，取出，得到ZrB2粉末。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用溶膠凝膠法制備ZrB2粉體的方法，其特征在于10g的 蔗糖會(huì)制得60% 89%的ZrB2粉體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用溶膠凝膠法制備ZrB2粉體的方法，其特征在于制得的 ZrB2粉體外形形狀為球狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溶膠凝膠法制備ZrB2粉體的方法，制備ZrB2粉末所需原料有蔗糖、硼酸、乙酸和正丙醇鋯；通過調(diào)節(jié)C/Zr的配比來合成前驅(qū)體凝膠粉末，然后使用氧化鋁管式爐，在氬氣的保護(hù)下，1400℃～1550℃下煅燒1h～2h后，隨爐降溫至22℃～30℃，取出，得到ZrB2粉末。本發(fā)明反應(yīng)過程中溶液屬于分子/離子級(jí)別的混合，這樣使得反應(yīng)的重復(fù)性好，同時(shí)有利于獲得尺寸細(xì)小、比表面積大的粉末顆粒。此外，全部過程的反應(yīng)、合成條件溫和，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，最終在較低溫下成功合成了ZrB2粉末。
文檔編號(hào)C01B35/04GK101774601SQ201010104179
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者張?jiān)? 李銳星 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)