[发明专利]一种低氧含量亚微米级过渡金属硼化物粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过渡金属硼化物(MB₂)粉体的制备方法，具体说，是涉及一种低氧含量亚微米级过渡金属硼化物(MB₂)粉体的制备方法，属于粉体制备技术领域。

背景技术

过渡金属硼化物(MB₂)具有高的熔点、硬度、热稳定性和抗腐蚀性等优异的性能，广泛用于制作超高温结构材料，在机械加工、冶金矿产、航天航空等领域有重要的应用。

由于本身强共价键和低扩散系数，MB₂具有较差的烧结特性，难致密化。从原料的角度来说，主要有两个因素制约MB₂的烧结性能，一个是粉体粒径，另一个是粉体氧含量。粒径小、氧含量低的粉体具有较好的烧结性能，而粒径粗、氧含量高的粉体则难烧结。因此，合成粒径小、氧含量低的MB₂粉体将具有非常重要的意义。

目前，MB₂的合成方法主要有以下几种：1)直接合成法：以金属M单质与硼为原料，在惰性气体或真空中高温反应直接合成，该方法合成粉末纯度高，合成条件比较简单，但原料比较昂贵，合成的MB₂粉末粒度粗大，活性低，不利于粉末的烧结以及后加工处理。2)自蔓延燃烧合成法：该合成工艺是借助反应物MO₂、Mg及B₂O₃等的固相反应所放出的巨大热量维持反应的自发持续进行，从而使反应物转变MB₂；此方法过程简单，速度快，时间很短，能耗极小，合成粉末活性高，利于烧结和后加工；但是由于其反应速度太快，反应不易进行完全，杂质比较多，而且其反应过程、产物结构以及性能都不容易控制也是其不足。3)MO₂的还原法：以MO₂和还原剂(例如B₄C和B等)为原料，采用机械球磨混料，然后在高温下真空条件或者惰性气氛中反应合成MB₂；还原法温度范围为1300～2000℃。4)气相法：利用等离子技术，MCl₄和BCl₃为原料制备MB₂；此法合成的MB₂纯度高，但对生产设备要求高，较适宜制备MB₂涂层材料。5)机械合金法等。

在以上众多制备方法中，MO₂的还原法具有原料丰富、工艺简单和成本低等优点而得到了广泛的应用。然而传统的MO₂还原法存在一个关键性问题-粒径的降低和氧含量的减小总是相互矛盾：在低温下，虽可以获得超细MB₂粉体，但粉体的氧含量较高；在高温下，虽可以获得低氧含量的MB₂粉体，但是粉体的粒径较粗，达微米级以上。因此，研究一种低氧含量亚微米级过渡金属硼化物(MB₂)粉体的制备方法将具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种低氧含量亚微米级过渡金属硼化物粉体的制备方法，以填补现有技术的空白。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低氧含量亚微米级过渡金属硼化物粉体的制备方法，包括如下步骤：

a)首先将过渡金属氧化物(MO₂)和单质硼(B)按配比进行球磨混合、干燥，得到MO₂/B混合粉体；再将MO₂/B混合粉体置于石墨坩埚内，在气压低于200Pa或惰性气氛下进行热处理，得到MB₂/B₂O₃粉体；

b)将步骤a)得到的MB₂/B₂O₃粉体加入水中，加热搅拌以溶出其中的B₂O₃，然后离心分离，得到MB₂粉体；

c)将步骤b)得到的MB₂粉体置于石墨坩埚内，在气压低于200Pa或惰性气氛下进行热处理，即得所述的低氧含量亚微米级过渡金属硼化物粉体。

所述的过渡金属(M)优选为Zr或Hf。

所述的过渡金属氧化物(MO₂)与单质硼(B)的摩尔比优选为1∶3～1∶10。