[发明专利]有机含硼先驱体自蔓延法制备超细碳化硼多晶粉

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硼材料制备领域，具体的是涉及一种有机含硼先驱体自蔓延法制备超细 碳化硼多晶粉。

背景技术

碳化硼最早是在1858年被发现的，为菱面体结构，其结构可描述为一立方原胞点阵在空 间对角线方向上延伸，在每一角上形成相当规则的二十面。它具有许多优良性能，如密度小、 熔点高、高温强度好，超硬大，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼的最硬材料。

目前国内外制取碳化硼的方法主要有碳管炉或电弧炉碳热还原法、高温自蔓延合成法 (SHS)、溶胶凝胶碳热还原法、激光诱导CVD法等。虽然近些年来在碳化硼粉末的制备方 面取得了一些成功和进展，但通常制得的碳化硼超细粉的纯度不高，制造超细碳化硼难度大， 成本高。

有报道使用硼酸-柠檬酸凝胶先驱体碳热还原法是将硼酸-柠檬酸在100℃下制得硼酸-柠 檬酸凝胶，然后将硼酸-柠檬酸凝胶在1000-1800℃下制得碳化硼粉末；也有采用烷基硼先驱 体热裂解法是在超声波作用下采用一步合成法分别制备三乙基硼、三丙基硼和三丁基硼，以 分别以合成的三乙基硼、三丙基硼和三丁基硼为原料在1400℃热裂解制得碳化硼；还有用糖- 硼酸先制得驱体法后在1500-1600℃下制得碳化硼；还有采用PVA-硼酸先驱体法在氩气气氛下 加热1300℃制得碳化硼；还有PVA-硼酸先驱体焙烧球磨法制备碳化硼。类似的这些报道与本 发明涉及的反应路线完全不同。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术的不足而提供一种有机含硼先驱体自蔓延法 制备超细碳化硼多晶粉，其制备工艺简单，成本低，所得的碳化硼超细粉末纯度高、晶粒超 细均匀。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：有机含硼先驱体自蔓延法制备超细碳 化硼多晶粉，其特征是将原料PVA-硼酸先驱体、硼酐与金属镁粉混合，其中PVA-硼酸先驱 体、硼酐与金属镁粉的质量配比为PVA-硼酸先驱体∶B₂O₃∶Mg＝100∶(350～360)∶(380～ 420)，经过自蔓延反应，所得产物再经35～38wt.％的浓盐酸在50～70℃下搅拌浸泡10～15 小时，然后抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤至中性，再将水洗后的滤饼干燥，即可得到超细碳化硼 多晶粉。

按上述方案，所述的PVA-硼酸先驱体的制备方法是：将100份质量的PVA(聚乙烯醇) 和70份质量的硼酸加入到250～500份质量的乙醇中，在50～80℃下搅拌5小时，再在250～ 300℃下喷雾干燥，即可得到PVA-硼酸先驱体。

按上述方案，所述的PVA的聚合度为1800～2000，醇解度不小于98％。

按上述方案，所述的PVA-硼酸先驱体、硼酐和金属镁粉均为粒度100～300目粉末。

按上述方案，所述的自蔓延反应是首先进行压块，然后将所得块体在常温常压氩气中用 通电的热钨丝点燃而发生的自蔓延燃烧。

按上述方案，所述的块体密度为1.00～1.15克/立方厘米。

按上述方案，所述的自蔓延反应是将混合后的原料直接加热至800℃而引发的燃烧反应。

按上述方案，所述的干燥是将用蒸馏水洗涤后的滤饼在80℃下烘12～24小时。

按上述方案，所述的超细碳化硼多晶粉的颗粒粒径为0.1～1μm。

本发明所述的PVA-硼酸先驱体的制备举例如下：

2CH₂CHOH+B(OH)₃＝(CH₂CHO)₂BOH+2H₂O    (1)

如式(1)所示，PVA与硼酸是按式(1)的方式结合。PVA与硼酸在乙醇中反应生成PVA- 硼酸先驱体和水。式(1)中CH₂CHOH是PVA结构重复单元。PVA-硼酸先驱体是直链型聚 合物PVA与硼酸反应得到的，PVA-硼酸先驱体中含C和B，有利于生成均匀细小的碳化硼。

PVA-硼酸先驱体、镁粉与硼酐混合后自蔓延反应生成碳化硼的反应如反应式(2)～(7)所 示：

2(CH₂CHO)₂BOH＝8C*+6H₂O+2B*+H₂↑                (2)