一種硼化鉬粉末的制備方法與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>無機化學(xué)及其化合物制造及其合成,應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及新型材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種硼化鉬粉末的制備方法。

背景技術(shù)：

硼化鉬系化合物具有高熔點、高硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐燭及較低的摩擦系數(shù)等特點，在現(xiàn)代工業(yè)中有著極為重要的地位，被廣泛應(yīng)用于合金材料、涂層材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、陰極材料、耐腐蝕材料、耐磨材料等領(lǐng)域，并且隨著科學(xué)技術(shù)的進步，硼化鉬系化合物的應(yīng)用領(lǐng)域還將進一步被拓展,這種材料將展現(xiàn)出更加優(yōu)良的應(yīng)用價值和巨大的市場前景。

根據(jù)Mo-B的二元相圖，硼化鉬系化合物可以以Mo₂B 、α-MoB、β-MoB、MoB₂、Mo₂B₅、MoB₄共6種物相的形式存在。目前，國內(nèi)外關(guān)于B-Mo系化合物的研究報道較少，大連海事大學(xué)金屬材料研究所的高陽在《第六屆國際熱噴涂研討會論文》中發(fā)表了一篇題為“爆炸噴涂硼化鉬金屬陶瓷涂層的形成過程”的學(xué)術(shù)論文，論文中作者采用燒結(jié)制造的工藝制備了5-10μm和10-30μm的兩種MoB粉末，但X 線衍射顯示其合成的粉末中含有α-MoB、β-MoB、MoB₂以及Mo₂B₅這幾種物相，并沒有得到單一MoB物相的粉末，這在某種程度上限制了這種材料在生產(chǎn)技術(shù)中的實際應(yīng)用。武漢理工大學(xué)的王雅東等人在《科學(xué)通報》2012年第57卷第27期發(fā)表了一篇題為“金屬硼化物作為水溶液負極材料的制備與容量輸出性能”的學(xué)術(shù)論文，文中作者通過機械球磨法將摩爾比為1:0.5的Mo粉與B粉合成為非晶態(tài)的MoB_0.5與單質(zhì)Mo的混合物，仍然沒有得到單一物相的鉬的硼化物，且MoB_0.5還是以非晶態(tài)的形式存在。中南大學(xué)的汪異在其博士論文《鉬基合金高溫抗氧化涂層的制備及其性能研究》中借助原位化學(xué)氣相沉積法首先在鉬的基體上沉積活性較高的硼元素，然后通過硼元素與基體鉬元素發(fā)生原位擴散反應(yīng)，在鉬的基體表面形成了一層硼化鉬層(MoB)，這種方法具有很大的局限性，必須在鉬基體上才能形成硼化鉬，且合成的硼化鉬只能作為鉬基體的涂層使用。

因此，制備一種晶粒結(jié)晶完整，成品呈單一物相的硼化鉬粉末，來提高硼化鉬材料在工業(yè)上的應(yīng)用價值實為必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中硼化鉬制備方法的不足，本發(fā)明提供了一種新型的硼化鉬粉末的制備方法。本發(fā)明通過高溫高壓合成等操作，實現(xiàn)了目標硼化鉬材料物相組成的合成可控，且合成的硼化鉬粉末粒度均勻，晶粒結(jié)晶完整，性能優(yōu)異。具有更廣泛的用途和更強的市場競爭力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種硼化鉬粉末的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、取B粉放置于內(nèi)壁涂有BN粉末的石墨坩堝中，之后，將石墨坩堝置于氫氣還原爐內(nèi)，在1000-1500℃條件下進行還原，得還原B粉，備用；

步驟二、取Mo粉放置于金屬鉬坩堝中，之后，將金屬鉬坩堝置于氫氣還原爐內(nèi)，在600-1200℃條件下進行還原，得還原Mo粉，備用；

步驟三、按照B和Mo的摩爾比為0.5或1或2或2.5或4的比例，分別稱取步驟一制得的還原B粉和步驟二制得的還原Mo粉加入到球磨罐中，進行球磨2-96 h；

步驟四、將步驟三球磨后的物料倒入不銹鋼托盤中，然后，將托盤放置于真空干燥箱內(nèi)，于60-120℃條件下進行干燥；

步驟五、將步驟四干燥后所得物料轉(zhuǎn)置于內(nèi)壁涂有BN粉末的石墨坩堝中，然后，將石墨坩堝置于真空爐內(nèi)，在控制真空爐內(nèi)壓強為0.5-30GPa的條件下，以0.5-30℃/min的升溫速率升溫800-2400℃，進行燒結(jié)0.5-8h，得硼化鉬顆粒，備用；

步驟六、將步驟五制得的硼化鉬顆粒放入粉碎機中粉碎成粉末，之后，按照產(chǎn)品的粒度分布要求選擇合適目數(shù)的篩網(wǎng)進行篩分，即得B和Mo的摩爾比為0.5或1或2或2.5或4的硼化鉬粉末。

所述步驟一中B粉的質(zhì)量百分純度不小于99.5%。

所述步驟二中Mo粉的質(zhì)量百分純度不小于99.5%。

在步驟三中，所用的球磨介質(zhì)為乙醇，所用的球磨罐和球磨球的材質(zhì)均為聚四氟乙烯。

在步驟五中，所述真空爐內(nèi)的燒結(jié)溫度為1200-2400℃，燒結(jié)時間為1-8h。

有益效果：

1、本發(fā)明在高溫高壓合成前先利用在氫氣還原爐內(nèi)對物料進行加熱還原的處理方式，能夠有效降低B粉中的水、過氧化氫不溶物、氧以及Mo粉中的氧等雜質(zhì)的含量，大大提高了合成所用原料的純度；制備方法中的球磨步驟采用食用酒精作為球磨介質(zhì)，選用聚四氟乙烯作為球磨罐和球磨球的材質(zhì)，有效避免了球磨過程中雜質(zhì)元素的加入；球磨后采用真空干燥箱對混合物料進行干燥，避免了B粉和Mo粉的二次氧化；采用高溫高壓的合成工藝，加快了B粉和Mo粉的反應(yīng)速率，實現(xiàn)了合成物晶體結(jié)構(gòu)的有效可控，提高了硼化鉬粉末晶粒結(jié)晶的完整性，并保證了卸壓降溫以后合成的硼化鉬產(chǎn)物能夠在常壓常溫下保持其高溫高壓狀態(tài)下的晶體結(jié)構(gòu)和材料性能。

2、本發(fā)明采用高溫高壓的合成方式，可根據(jù)合成前B/Mo摩爾比n（n = 0.5、1、2、2.5、4）的設(shè)定，控制制備出完全符合材料設(shè)計物相組成的硼化鉬粉末，這種粉末可以是Mo₂B、α-MoB、β-MoB、MoB₂、 Mo₂B₅、MoB₄或幾者的混合物，方法本身工藝過程可控，工藝路線短，目標性強，操作方便，高效節(jié)能，且安全可靠性好。成品硼化鉬粉末粒徑分布均勻、晶粒結(jié)晶完整，化學(xué)純度≥99.8%，產(chǎn)物質(zhì)量穩(wěn)定性好，與常規(guī)方法合成的硼化鉬材料相比性能有了明顯提升，使生產(chǎn)出的硼化鉬材料在工業(yè)應(yīng)用上表現(xiàn)出優(yōu)異的理化性能?？捎糜诤辖鹛砑觿?、涂層材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、陰極材料、硬質(zhì)合金、耐腐蝕材料、耐摩擦材料、靶材、坩堝及功能材料等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的α-MoB粉末的X射線衍射圖譜；

圖2為實施例1所制備的α-MoB粉末的SEM電鏡圖像；

圖3為實施例1所制備的α-MoB粉末的SEM電鏡圖像；

圖4為本發(fā)明所制備的MoB基熱噴涂粉末的SEM電鏡圖像；

圖5為本發(fā)明所制備的MoB基熱噴涂涂層的截面金相形貌圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細的闡述和說明。

一種新型硼化鉬粉末材料的制備方法，本制備方法首次采用高溫高壓的方式合成硼化鉬粉末，在目前的專利、報告以及論文等文獻中均未發(fā)現(xiàn)類似合成方法的報道。其具體的制備方法包括如下步驟：

步驟一、首先分別將B粉和Mo粉放置在內(nèi)壁涂有BN 粉末的石墨坩堝和金屬鉬坩堝內(nèi)利用氫氣還原爐進行還原，其中硼粉的還原溫度為1000-1500℃，鉬粉的還原溫度為600-1200℃；

步驟二、將還原后的B粉和Mo粉按照摩爾比為0.5或1或2或2.5或4的比例，分別加入到球磨混料罐中球磨混合2-96h，其中，球磨介質(zhì)為食用酒精，球磨罐和球磨球均采用聚四氟乙烯的材質(zhì)；

步驟三、將球磨后的混合料倒入不銹鋼托盤中，然后放置于真空干燥箱內(nèi)進行干燥，干燥溫度為60-120℃；

步驟四、將步驟三干燥后的物料轉(zhuǎn)置于內(nèi)壁涂有BN粉末的石墨坩堝中，然后，將石墨坩堝置于高溫高壓容器內(nèi)，在控制容器內(nèi)壓強為0.5-30 GPa的條件下，以0.5-30℃/min的升溫速率升溫至1200-2400℃，進行燒結(jié)1-8 h，得硼化鉬顆粒，備用；

步驟五、將步驟四制得的硼化鉬顆粒放入粉碎機中粉碎成粉末，之后，按照產(chǎn)品的粒度分布要求選擇合適目數(shù)的篩網(wǎng)進行篩分，即得B和Mo的摩爾比為0.5或1或2或2.5或4的硼化鉬粉末。

實施例1：

（1）首先分別將B粉和Mo粉放置在內(nèi)壁涂有BN 粉末的石墨坩堝和金屬鉬坩堝內(nèi)利用氫氣還原爐進行還原，其中硼粉的還原溫度為1200℃，鉬粉的還原溫度為1050℃；

（2）將還原后的B粉和Mo粉按照摩爾比為1：1的比例，分別加入到球磨混料罐中球磨混合48 h，球磨介質(zhì)為食用酒精，球磨罐和球磨球均采用聚四氟乙烯的材質(zhì)；