[发明专利]一种纳米六硼化钙粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种六硼化钙的制备方法，属于功能陶瓷技术领域。

背景技术

六硼化钙(Calcium Hexaboride，CaB₆)是碱土元素钙(Ca)与非金属元素(B)化合而成的碱土硼化物陶瓷材料，外观呈灰黑色。常温下，CaB₆有三种状态：粉末状、多晶体和单晶体。CaB₆不溶于盐酸、氢氟酸，但溶于硝酸、硫酸以及熔融碱中。近年来，在硼化物、非金属含硼化合物功能陶瓷材料研究领域中，为降低烧结温度、增强高温力学性能，对粉体材料提出了纳米化的要求。随着高速集成电路、微波和毫米波器件、量子阱器件以及光电集成电路向微型化发展，半导体材料的纳米化成为必然趋势。由于随着纳米半导体粒径的减小，其量子尺寸效应逐渐增大，会产生一些优异的性质，如显著的光发射和非线性光学响应。最近，低维半导体材料、量子点和量子线成为研究热点。研制一维或准一维纳米材料是未来实现在原子、分子水平上设计和制造微电子器件的基础。由于纳米颗粒的比表面积大、表面的键态与其内部不同、表面原子配位不全，能使表面化学反应接触面积和活性部位都显著增加，催化剂的纳米化正在革新催化材料，对高活性、高选择性催化剂以及环境友好的化学合成是十分有利的。

对于CaB₆粉末的制备工艺，采用高温固相合成法可以制备微米级的六硼化钙粉末，目前制备CaB₆最常用的是碳化硼法和硼热还原法。元素直接合成法获得的粉末纯度最高，但从经济效益方面考虑，单质B的价格较贵，不适于大规模工业生产。采用碳化硼法制备的CaB₆粉末的纯度不如直接合成的高，但是B₄C的价格较纯硼低的多，适合于工业大规模生产。使用碳化硼法制备CaB₆时，由于在常温下碱土金属的碳酸盐要比其氧化物稳定，多采用CaCO₃代替CaO。但是采用碳化硼法和硼热还原法制备的CaB₆由于反应温度太高以及原材料尺寸的限制，得到的CaB₆粉末颗粒尺寸较大，均在微米级尺度，并且颗粒硬团聚现象严重。目前采用该类方法得到的CaB₆粉末尺寸均在几十微米，机械球磨法是一种较有效的破碎团聚体的方法，但是球磨一段时间后粉末粒度变化不再明显，因此采用碳化硼法从原材料本身寻求制备超细且分散的CaB₆粉末的工艺将是非常重要的研究方向。

六硼化钙(CaB₆)具有多种优异的综合性能，在国防和民用工业方面的应用非常广泛，目前已有较为成熟的方法制备CaB₆微米级粉末、多晶体以及单晶体。国内外对CaB₆的研究已逐渐向超细化甚至纳米化的方向发展，并从原子物理的角度分析其光、电、磁、热等物理性能，对CaB₆功能性的研究将会极大地扩大其应用领域。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种纳米六硼化钙的制备方法，通过低温固相反应制得纳米六硼化钙粉末。

本发明采取的技术方案为：

一种纳米六硼化钙的制备方法，包括步骤如下：

（1）按化学摩尔比1:6～12称取氯化钙和硼氢化钠，研磨、混合均匀后放入坩埚中；

（2）将坩埚置于真空电阻炉中，保持工作真空度6.67×10^-2P_a，加热，升温至480-550℃，保温1-3小时，随炉冷却；

（3）将反应物取出并研磨后，先用无水乙醇洗去产物中的Na，过滤后再使用三级净化去离子水洗去NaCl和其他产物，洗涤次数不低于六次，在每次洗涤时均使用超声波振动设备加速副产物的溶解，最后将得到的灰黑色粉末置于真空干燥箱内60-70℃加热干燥8-10小时得到提纯后的最终产物。

上述步骤（2）所述的升温速度为5～15°C/min。

反应方程式为：

CaCl₂+6NaBH₄=CaB₆+2NaCl+4Na+12H₂↑(2-1)