[发明专利]超细碳化硼粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷超细粉末的制备方法，更具体的说是涉及一种燃 烧合成超细碳化硼粉的方法。

背景技术

碳化硼(B₄C)具有低密度、超硬、高熔点、高模量、良好的中子吸收 截面、半导体特性、强的防腐性和良好的抗氧化性等一系列优良物理化学 性能，在防弹陶瓷材料、航空航天工业、核工业、耐用防护材料、打磨材 料等方面有着非常广泛地应用，受到世界各国的广泛重视。

在工业上，B₄C粉末的制取主要采用碳管炉和电弧炉碳热还原法，但碳 管炉和电弧炉碳热还原法能耗大、生产能力较低、高温下对炉体的损坏严 重，尤其是合成的原始粉末平均粒径大(20～40μm)，烧结B₄C的原料还需 要大量的破碎处理工序，大大增加了生产成本。近年来，B₄C粉末的制取出 现了激光化学气相反应法(LICVD)、溶胶一凝胶碳热还原法等新方法。LICVD 方法的缺点是设备昂贵，生产能力较低，反应原料成本高，反应副产物为 酸类，腐蚀设备，并污染环境。溶胶一凝胶碳热还原法的缺点是反应原料 较贵，工艺过程复杂。张化宇等在自蔓延高温合成Mg-B4C微观组织研究[J]. 宇航材料工艺，2000，2：25-28公开了燃烧合成(CS)技术在B₄C粉体制 备中的应用，其以氧化硼为原料，利用氧化硼与镁和碳的化学反应自身放 热，以燃烧波蔓延的方式合成碳化硼，具有节约能源、反应迅速及容易规 模化生产等优点，但上述方法所用原料为氧化硼，易吸水形成硼酸，不易 保存，且颗粒较大，需要前期粉碎处理。如果把该方法进行改进，采用氧 化硼的前级原料硼酸盐为原料来制备碳化硼，采用节能、高效的制备工艺， 将克服现有技术的缺点并能大大降低生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用硼酸盐为原料制备超细碳 化硼粉的方法，本发明方法原料成本低廉，工艺设备简单。

本发明的技术方案，一种超细碳化硼粉的制备方法，包括下列步骤：

A、将硼酸盐、镁粉、碳粉按照摩尔比硼酸盐∶镁粉∶碳粉＝1～10∶6～ 70∶1～10的比例混合，然后压实装入碳毡制的直立环状筒或盘状容器中， 装入高压容器中在氩气气氛中进行燃烧合成，燃烧合成后自然冷却；

B、取出燃烧合成产物，进行物料破碎，在1～10mol/L的盐酸溶液中 浸泡1～5小时，使合成副产物MgO杂质完全溶解于盐酸中，抽滤，加入去 离子水洗涤，重复抽滤和洗涤多次，直到用AgNO₃检测滤液中无Cl^-为止， 最后在烘箱中在100～110℃温度下将洗涤后的物料干燥1～5小时，得到 终产物超细碳化硼粉。

步骤A中所述的硼酸盐选自硼酸钠、硼酸钙或硼酸铵，硼酸盐粒度粒 径范围为0.5～100μm。

步骤A中所述的镁粉的粒径范围为0.3～50μm，所述的碳粉的粒径范围 为0.01～10μm。

步骤A中反应的氩气压力为0.1～15MPa。

对步骤A的进一步优化是将硼酸盐、镁粉、碳粉按照摩尔比硼酸盐∶ 镁粉∶碳粉＝1～10∶6～70∶1～10的比例称重后，外加固体添加剂，均匀 混合，然后压实装入碳毡制的直立环状筒或盘状容器中，装入高压容器中 在氩气气氛中进行燃烧合成，燃烧合成后自然冷却，其中所述固体添加剂 选自NaCl、MgCl₂、NaF、MgF₂、KCl其中之一或一种以上的混合物，所述固 体添加剂的加入量为硼酸盐、镁粉和碳粉总重量的1～10wt％.

硼酸盐粉、镁粉、碳粉和固体添加剂的混合物压实后，压实密度为2.0～ 4.0g/cm³。

本发明的有益效果，本发明使用的高压容器和一般的燃烧合成方法 (SHS)高压容器相仿，无需特殊要求，但要求反应物或添加了固体添加剂 的反应物均匀混合后压实安放在碳毡制的直立环状筒或盘状容器中，燃烧 合成后采用自然冷却。本发明与现有技术相比具有下列优点：

第一、本发明能耗低，除启动燃烧合成反应外不需任何能量；

第二、本发明采用简单的工艺与设备，产量大，效率高，有利于降低 成本，易于产业化；

第三、本发明以价格相对较便宜的硼酸盐为原材料，减少了从矿物原 料到制品生产工艺的作业工序，有利于降低碳化硼的生产成本；