一种ZRBSUB2/SUB粉体材料的制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110165363.7

申请日:

2011.06.16

公开号:

CN102344149A

公开日:

2012.02.08

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):C01B 35/04申请日:20110616授权公告日:20130109终止日期:20140616|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C01B 35/04申请日:20110616|||公开

IPC分类号:

C01B35/04; B82Y40/00(2011.01)I

主分类号:

C01B35/04

申请人:

兰州理工大学

发明人:

喇培清; 鞠倩; 卢学峰; 魏玉鹏; 郭鑫; 王鸿鼎

地址:

730050 甘肃省兰州市兰工坪287号

优先权:

专利代理机构:

兰州振华专利代理有限责任公司 62102

代理人:

董斌

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内容摘要

一种制备ZrB2粉体材料的方法,其步骤为:按质量百分比Mg:38.66~43.04、B2O3:22.14~20.57、ZrO2:39.19~36.40的比例进行配料;(2)将称量好的原料粉体装入球磨罐,在行星式球磨机中混合均匀;(3)将混合均匀的反应物料置于模具中在10~60MPa的压力下成圆饼状;将成型好的块状物料放入反应容器中,在其底面放上引燃剂;在室温下,向反应容器中充入0.5~1.5MPa氩气;然后加热,当反应容器的温度升到180~200℃时再次排气,之后充入1.5~5MPa的氩气继续加热;当反应容器内温度达到250℃~300℃时引燃剂燃烧,直到全部物料反应完;(4)生成物在氩气保护下随炉冷却至室温,将制备的物料在经过盐酸洗涤5~15天,且洗涤后要经蒸馏水洗涤,最后分离,真空干燥得到ZrB2粉体材料。

权利要求书

1: 一种制备 ZrB2 粉体材料的方法, 其步骤为 : (1) 按质量百分比 Mg : 38.66 ~ 43.04、 B2O3 : 2
2: 14 ~ 20.57、 ZrO2 : 39.19 ~ 36.40 的比 例进行配料 ; (2) 将称量好的原料粉体装入球磨罐, 在行星式球磨机中混合均匀, 球磨时间为 8 ~ 24 小时, 转速为 50 ~ 150r/min, 球料比为 1 ∶ 2 ~ 1 ∶ 3, 球磨介质为 Al2O3 球 ; (3) 将混合均匀的反应物料置于模具中在 10 ~ 60MPa 的压力下成圆饼状 ; 将成型好 的块状物料放入反应容器中, 在其底面放上引燃剂 ; 在室温下, 向反应容器中充入 0.5 ~ 1.5MPa 氩气, 2 分钟后排气, 使反应物料处在氩气气氛保护中 ; 然后加热, 当反应容器的温 度升到 180 ~ 200℃时再次排气, 之后充入 1.5 ~ 5MPa 的氩气继续加热 ; 当反应容器内温度 达到 250℃~ 300℃时引燃剂燃烧, 同时引发第一层物料发生镁热反应, 释放出大量的热, 此时切断加热电源, 使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应, 直到全部物料 反应完 ; (4) 生成物在氩气保护下随炉冷却至室温, 将制备的物料在经过浓度为 8 ~ 11.6mol/L 的盐酸洗涤 5 ~ 15 天, 且洗涤后要经蒸馏水洗涤, 最后分离, 真空干燥得到 ZrB2 粉体材料, ZrB2 含量大于 90 ~ 98%, 粒度 1 ~ 10μm。
3: 04、 B2O3 : 22.14 ~ 20.57、 ZrO2 : 39.19 ~ 36.40 的比 例进行配料 ; (2) 将称量好的原料粉体装入球磨罐, 在行星式球磨机中混合均匀, 球磨时间为 8 ~ 24 小时, 转速为 50 ~ 150r/min, 球料比为 1 ∶ 2 ~ 1 ∶ 3, 球磨介质为 Al2O3 球 ; (3) 将混合均匀的反应物料置于模具中在 10 ~ 60MPa 的压力下成圆饼状 ; 将成型好 的块状物料放入反应容器中, 在其底面放上引燃剂 ; 在室温下, 向反应容器中充入 0.5 ~ 1.5MPa 氩气, 2 分钟后排气, 使反应物料处在氩气气氛保护中 ; 然后加热, 当反应容器的温 度升到 180 ~ 200℃时再次排气, 之后充入 1.5 ~ 5MPa 的氩气继续加热 ; 当反应容器内温度 达到 250℃~ 300℃时引燃剂燃烧, 同时引发第一层物料发生镁热反应, 释放出大量的热, 此时切断加热电源, 使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应, 直到全部物料 反应完 ; (4) 生成物在氩气保护下随炉冷却至室温, 将制备的物料在经过浓度为 8 ~ 11.6mol/L 的盐酸洗涤 5 ~ 15 天, 且洗涤后要经蒸馏水洗涤, 最后分离, 真空干燥得到 ZrB2 粉体材料, ZrB2 含量大于 90 ~ 98%, 粒度 1 ~ 10μm。

说明书


一种 ZrB2 粉体材料的制备方法

    【技术领域】
     本发明涉及含 Zr、 B 粉体材料的制备。背景技术 ZrB2 是一种十分有潜力的特种陶瓷材料, 是超高温结构陶瓷的典型材料。ZrB2 陶 瓷具有熔点高 (3245℃ )、 硬度高 (22GPa)、 导热性和导电性好 (9.2×1026Ω)、 抗蚀性和抗 热震性优良、 固态相稳定等特点, 此外, 还具有好的化学稳定性、 捕集中子、 阻燃、 耐热、 耐腐 蚀和轻质等特殊性质。国内对 ZrB2 的研究主要在 20 世纪 60 年代和 20 世纪 90 年代。20 世纪 60 年代初期由于我国核工业和火箭技术的需要进行过 ZrB2 的研究。20 世纪 90 年代, 在复合材料、 高温热电偶保护管、 冶金金属的坩埚内衬等耐火材料和静电涂层材料中都得 到了应用。国外对 ZrB2 的研究开展得较早而且较深入。除以上几个方面外, 在电极材料、 耐腐蚀耐磨涂层、 切削材料和太阳能吸收膜等方面也得到较广泛的应用。 目前, 使用的镁热 还原硼制备工艺主要存在成本高、 纯度低等缺点。
     发明内容 本发明的目的是提供一种 ZrB2 粉体材料的制备方法。
     本发明是一种制备 ZrB2 粉体材料的方法, 其步骤为 :
     (1) 按质量百分比 Mg : 38.66 ~ 43.04、 B2O3 : 22.14 ~ 20.57、 ZrO2 : 39.19 ~ 36.40 的比例进行配料 ;
     (2) 将称量好的原料粉体装入球磨罐, 在行星式球磨机中混合均匀, 球磨时间为 8 ~ 24 小时, 转速为 50 ~ 150r/min, 球料比为 1 ∶ 2 ~ 1 ∶ 3, 球磨介质为 Al2O3 球 ;
     (3) 将混合均匀的反应物料置于模具中在 10 ~ 60MPa 的压力下成圆饼状 ; 将成型 好的块状物料放入反应容器中, 在其底面放上引燃剂 ; 在室温下, 向反应容器中充入 0.5 ~ 1.5MPa 氩气, 2 分钟后排气, 使反应物料处在氩气气氛保护中 ; 然后加热, 当反应容器的温 度升到 180 ~ 200℃时再次排气, 之后充入 1.5 ~ 5MPa 的氩气继续加热 ; 当反应容器内温度 达到 250℃~ 300℃时引燃剂燃烧, 同时引发第一层物料发生镁热反应, 释放出大量的热, 此时切断加热电源, 使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应, 直到全部物料 反应完 ;
     (4) 生成物在氩气保护下随炉冷却至室温, 将制备的物料在经过浓度为 8 ~ 11.6mol/L 的盐酸洗涤 5 ~ 15 天, 且洗涤后要经蒸馏水洗涤, 最后分离, 真空干燥得到 ZrB2 粉体材料, ZrB2 含量大于 90 ~ 98%, 粒度 1 ~ 10μm。
     本发明的有益效果是, 生产流程简单, 能源消耗低, 可用低成本获得纯度较高的 ZrB2 粉体, 且污染小, 适于工业化生产。
     将现有制备方法的两步简化, 制备流程简单, 适于工业化生产。
     具体实施方式实施例 1 :
     按质量百分比 Mg : 38.66、 B2O3 : 22.14、 ZrO2 : 39.19 称取原料粉末 ; 然后将称量好 的原料粉体装入不锈钢球磨罐, 在行星式球磨机中混合均匀, 球磨时间为 8 小时, 转速为 150r/min, 球料比为 1 ∶ 2, 球磨介质为 Al2O3 球。 然后将混合均匀的反应物料置于置于 250g 的模具中用压力机在 15MPa 的压力下成圆饼状 ; 将成型好的块状物料放入反应容器中, 在 其底面放上引燃剂 ; 在室温下, 向反应容器中充入 0.5MPa 氩气, 2 分钟后排气, 使反应物料 处在氩气气氛保护中 ; 然后加热, 当反应容器的温度升到 200℃时再次排气, 之后充入 2MPa 的氩气继续加热 ; 当反应容器内温度达到 298℃时引燃剂燃烧, 同时引发第一层物料发生 镁热反应, 释放出大量的热, 此时切断加热电源, 使下一层物料在反应放出的大量热的维持 下继续反应, 直到全部物料反应完。将制备的物料在经过 11.6mol/L 盐酸洗涤浸泡 9 天, 且 洗涤后要经蒸馏水洗涤, 最后分离, 真空干燥得到最终产品。ZrB2 的纯度为 91.83%, 粒度 在 1-3μm 之间。
     实施例 2 :
     按质量百分比 Mg : 40.92、 B2O3 : 21.33、 ZrO2 : 37.75 称取原料粉末 ; 然后将称量好 的原料粉体装入不锈钢球磨罐, 在行星式球磨机中混合均匀, 球磨时间为 8 小时, 转速为 150r/min, 球料比为 1 ∶ 2, 球磨介质为 Al2O3 球。 然后将混合均匀的反应物料置于置于 250g 的模具中用压力机在 15MPa 的压力下成圆饼状 ; 将成型好的块状物料放入反应容器中, 在 其底面放上引燃剂 ; 在室温下, 向反应容器中充入 0.5MPa 氩气, 2 分钟后排气, 使反应物料 处在氩气气氛保护中 ; 然后加热, 当反应容器的温度升到 200℃时再次排气, 之后充入 2MPa 的氩气继续加热 ; 当反应容器内温度达到 298℃时引燃剂燃烧, 同时引发第一层物料发生 镁热反应, 释放出大量的热, 此时切断加热电源, 使下一层物料在反应放出的大量热的维持 下继续反应, 直到全部物料反应完。将制备的物料在经过 11.6mol/L 盐酸洗涤浸泡 9 天, 且 洗涤后要经蒸馏水洗涤, 最后分离, 真空干燥得到最终产品。ZrB2 的纯度为 94.35%, 粒度 在 3-5μm 之间。
     实施例 3 :
     按质量百分比 Mg : 43.04、 B2O3 : 20.57、 ZrO2 : 36.40 称取原料粉末 ; 然后将称量好 的原料粉体装入不锈钢球磨罐, 在行星式球磨机中混合均匀, 球磨时间为 8 小时, 转速为 150r/min, 球料比为 1 ∶ 2, 球磨介质为 Al2O3 球。 然后将混合均匀的反应物料置于置于 250g 的模具中用压力机在 15MPa 的压力下成圆饼状 ; 将成型好的块状物料放入反应容器中, 在 其底面放上引燃剂 ; 在室温下, 向反应容器中充入 0.5MPa 氩气, 2 分钟后排气, 使反应物料 处在氩气气氛保护中 ; 然后加热, 当反应容器的温度升到 200℃时再次排气, 之后充入 2MPa 的氩气继续加热 ; 当反应容器内温度达到 298℃时引燃剂燃烧, 同时引发第一层物料发生 镁热反应, 释放出大量的热, 此时切断加热电源, 使下一层物料在反应放出的大量热的维持 下继续反应, 直到全部物料反应完。将制备的物料在经过 11.6mol/L 盐酸洗涤浸泡 9 天, 且 洗涤后要经蒸馏水洗涤, 最后分离, 真空干燥得到最终产品。ZrB2 的纯度为 90.59%, 粒度 在 5-7μm 之间。4

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1、10申请公布号CN102344149A43申请公布日20120208CN102344149ACN102344149A21申请号201110165363722申请日20110616C01B35/04200601B82Y40/0020110171申请人兰州理工大学地址730050甘肃省兰州市兰工坪287号72发明人喇培清鞠倩卢学峰魏玉鹏郭鑫王鸿鼎74专利代理机构兰州振华专利代理有限责任公司62102代理人董斌54发明名称一种ZRB2粉体材料的制备方法57摘要一种制备ZRB2粉体材料的方法,其步骤为按质量百分比MG38664304、B2O322142057、ZRO239193640的比例进行配料;2。

2、将称量好的原料粉体装入球磨罐,在行星式球磨机中混合均匀;3将混合均匀的反应物料置于模具中在1060MPA的压力下成圆饼状;将成型好的块状物料放入反应容器中,在其底面放上引燃剂;在室温下,向反应容器中充入0515MPA氩气;然后加热,当反应容器的温度升到180200时再次排气,之后充入155MPA的氩气继续加热;当反应容器内温度达到250300时引燃剂燃烧,直到全部物料反应完;4生成物在氩气保护下随炉冷却至室温,将制备的物料在经过盐酸洗涤515天,且洗涤后要经蒸馏水洗涤,最后分离,真空干燥得到ZRB2粉体材料。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页。

3、CN102344168A1/1页21一种制备ZRB2粉体材料的方法,其步骤为1按质量百分比MG38664304、B2O322142057、ZRO239193640的比例进行配料;2将称量好的原料粉体装入球磨罐,在行星式球磨机中混合均匀,球磨时间为824小时,转速为50150R/MIN,球料比为1213,球磨介质为AL2O3球;3将混合均匀的反应物料置于模具中在1060MPA的压力下成圆饼状;将成型好的块状物料放入反应容器中,在其底面放上引燃剂;在室温下,向反应容器中充入0515MPA氩气,2分钟后排气,使反应物料处在氩气气氛保护中;然后加热,当反应容器的温度升到180200时再次排气,之后充入。

4、155MPA的氩气继续加热;当反应容器内温度达到250300时引燃剂燃烧,同时引发第一层物料发生镁热反应,释放出大量的热,此时切断加热电源,使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应,直到全部物料反应完;4生成物在氩气保护下随炉冷却至室温,将制备的物料在经过浓度为8116MOL/L的盐酸洗涤515天,且洗涤后要经蒸馏水洗涤,最后分离,真空干燥得到ZRB2粉体材料,ZRB2含量大于9098,粒度110M。权利要求书CN102344149ACN102344168A1/2页3一种ZRB2粉体材料的制备方法技术领域0001本发明涉及含ZR、B粉体材料的制备。背景技术0002ZRB2是一种十分有潜力。

5、的特种陶瓷材料,是超高温结构陶瓷的典型材料。ZRB2陶瓷具有熔点高3245、硬度高22GPA、导热性和导电性好921026、抗蚀性和抗热震性优良、固态相稳定等特点,此外,还具有好的化学稳定性、捕集中子、阻燃、耐热、耐腐蚀和轻质等特殊性质。国内对ZRB2的研究主要在20世纪60年代和20世纪90年代。20世纪60年代初期由于我国核工业和火箭技术的需要进行过ZRB2的研究。20世纪90年代,在复合材料、高温热电偶保护管、冶金金属的坩埚内衬等耐火材料和静电涂层材料中都得到了应用。国外对ZRB2的研究开展得较早而且较深入。除以上几个方面外,在电极材料、耐腐蚀耐磨涂层、切削材料和太阳能吸收膜等方面也得到。

6、较广泛的应用。目前,使用的镁热还原硼制备工艺主要存在成本高、纯度低等缺点。发明内容0003本发明的目的是提供一种ZRB2粉体材料的制备方法。0004本发明是一种制备ZRB2粉体材料的方法,其步骤为00051按质量百分比MG38664304、B2O322142057、ZRO239193640的比例进行配料;00062将称量好的原料粉体装入球磨罐,在行星式球磨机中混合均匀,球磨时间为824小时,转速为50150R/MIN,球料比为1213,球磨介质为AL2O3球;00073将混合均匀的反应物料置于模具中在1060MPA的压力下成圆饼状;将成型好的块状物料放入反应容器中,在其底面放上引燃剂;在室温下。

7、,向反应容器中充入0515MPA氩气,2分钟后排气,使反应物料处在氩气气氛保护中;然后加热,当反应容器的温度升到180200时再次排气,之后充入155MPA的氩气继续加热;当反应容器内温度达到250300时引燃剂燃烧,同时引发第一层物料发生镁热反应,释放出大量的热,此时切断加热电源,使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应,直到全部物料反应完;00084生成物在氩气保护下随炉冷却至室温,将制备的物料在经过浓度为8116MOL/L的盐酸洗涤515天,且洗涤后要经蒸馏水洗涤,最后分离,真空干燥得到ZRB2粉体材料,ZRB2含量大于9098,粒度110M。0009本发明的有益效果是,生产流程简。

8、单,能源消耗低,可用低成本获得纯度较高的ZRB2粉体,且污染小,适于工业化生产。0010将现有制备方法的两步简化,制备流程简单,适于工业化生产。具体实施方式说明书CN102344149ACN102344168A2/2页40011实施例10012按质量百分比MG3866、B2O32214、ZRO23919称取原料粉末;然后将称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐,在行星式球磨机中混合均匀,球磨时间为8小时,转速为150R/MIN,球料比为12,球磨介质为AL2O3球。然后将混合均匀的反应物料置于置于250G的模具中用压力机在15MPA的压力下成圆饼状;将成型好的块状物料放入反应容器中,在其底面放上引燃。

9、剂;在室温下,向反应容器中充入05MPA氩气,2分钟后排气,使反应物料处在氩气气氛保护中;然后加热,当反应容器的温度升到200时再次排气,之后充入2MPA的氩气继续加热;当反应容器内温度达到298时引燃剂燃烧,同时引发第一层物料发生镁热反应,释放出大量的热,此时切断加热电源,使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应,直到全部物料反应完。将制备的物料在经过116MOL/L盐酸洗涤浸泡9天,且洗涤后要经蒸馏水洗涤,最后分离,真空干燥得到最终产品。ZRB2的纯度为9183,粒度在13M之间。0013实施例20014按质量百分比MG4092、B2O32133、ZRO23775称取原料粉末;然后将。

10、称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐,在行星式球磨机中混合均匀,球磨时间为8小时,转速为150R/MIN,球料比为12,球磨介质为AL2O3球。然后将混合均匀的反应物料置于置于250G的模具中用压力机在15MPA的压力下成圆饼状;将成型好的块状物料放入反应容器中,在其底面放上引燃剂;在室温下,向反应容器中充入05MPA氩气,2分钟后排气,使反应物料处在氩气气氛保护中;然后加热,当反应容器的温度升到200时再次排气,之后充入2MPA的氩气继续加热;当反应容器内温度达到298时引燃剂燃烧,同时引发第一层物料发生镁热反应,释放出大量的热,此时切断加热电源,使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应,。

11、直到全部物料反应完。将制备的物料在经过116MOL/L盐酸洗涤浸泡9天,且洗涤后要经蒸馏水洗涤,最后分离,真空干燥得到最终产品。ZRB2的纯度为9435,粒度在35M之间。0015实施例30016按质量百分比MG4304、B2O32057、ZRO23640称取原料粉末;然后将称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐,在行星式球磨机中混合均匀,球磨时间为8小时,转速为150R/MIN,球料比为12,球磨介质为AL2O3球。然后将混合均匀的反应物料置于置于250G的模具中用压力机在15MPA的压力下成圆饼状;将成型好的块状物料放入反应容器中,在其底面放上引燃剂;在室温下,向反应容器中充入05MPA氩气,2分钟后排气,使反应物料处在氩气气氛保护中;然后加热,当反应容器的温度升到200时再次排气,之后充入2MPA的氩气继续加热;当反应容器内温度达到298时引燃剂燃烧,同时引发第一层物料发生镁热反应,释放出大量的热,此时切断加热电源,使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应,直到全部物料反应完。将制备的物料在经过116MOL/L盐酸洗涤浸泡9天,且洗涤后要经蒸馏水洗涤,最后分离,真空干燥得到最终产品。ZRB2的纯度为9059,粒度在57M之间。说明书CN102344149A。

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