[发明专利]一种微波水热辅助制备纳米ZrB2粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于超高温功能/结构陶瓷技术领域，涉及一种制备纳米ZrB₂粉体的方法，具体涉及一种微波水热辅助制备纳米ZrB₂粉体的方法。

背景技术

二硼化锆(ZrB₂)作为超高温陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、优异的热导率和电导率、良好的热震性能、耐超高温抗烧蚀和高温抗氧化性能，因此成为火箭发动机、超音速飞机以及耐火材料等极端超高温服役条件下零部件的候选材料。然而，ZrB₂陶瓷材料的烧结性能受原始粉末特性的制约，如粉体的颗粒尺寸、纯度等。目前ZrB₂粉体的制备方法主要有：固相反应法、高温自蔓延法、机械化学法、溶胶-凝胶法和化学共沉淀法等。因此制备高纯超细的ZrB₂粉体就显得迫切需要。

中国发明公告专利第201310504553号公开了一种硼/碳热还原法低温制备硼化锆粉体的方法，该方法以蔗糖、酚醛树脂、环氧树脂或沥青作为碳源，以氧化锆(ZrO₂)和碳化硼(B₄C)分别作为锆源和硼源，在高纯氩气环境下或真空中进行还原反应合成ZrB₂粉体。中国发明公告专利第201310540670号公开了一种山梨醇络合-聚合制备二硼化锆纳米粉体的方法，经过配制硼锆混合溶胶、凝胶、获得ZrB₂纳米粉体。上述方法存在所制备ZrB₂粉体颗粒粗大、活性低，合成的产品纯度低，易团聚等问题。

鉴于以上缺陷，实有必要提供一种可以解决以上技术问题的方法以制备ZrB2纳米粉体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波水热辅助制备纳米ZrB₂粉体的方法，该方法操作简单高效，适合工业化生产，经该方法制得的纳米ZrB₂粉体纯度高、粒度小、粒径分布均匀。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种微波水热辅助制备纳米ZrB₂粉体的方法，包括以下步骤：

1)将生物质碳源溶于水中制成浓度为10～100g/L的溶液A，按生物质碳源中的碳与硼的摩尔比为(1:1)～(1:6)的比例，向溶液A中加入B₄C粉体，充分搅拌均匀，得到悬浮液；

2)按锆与硼的摩尔比为2：1的比例，将含锆的无机盐加入悬浮液中，搅拌均匀，得到溶液B；

3)将溶液B在170～220℃下，在微波源频率为2450MHz，功率为1600W的条件下，水热反应20～70min，反应结束后将反应物离心，取沉淀，再将沉淀洗涤、烘干，得到棕黑色固体；

4)将棕黑色固体在氩气气氛中于1200～1500℃下煅烧1～3.5h，自然冷却至室温，得到纳米ZrB₂粉体。

所述生物质碳源为葡萄糖、蔗糖或淀粉。

所述含锆的无机盐为ZrCl₄、ZrOCl₂或Zr(NO₃)₄。

所述B₄C粉体在加入溶液A前经过球磨处理，球磨时间为2～7h。

步骤3)所述的洗涤是将离心得到的沉淀先经去离子水洗，然后再用无水乙醇洗涤。

制得的纳米ZrB₂粉体的粒径为50～200nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明以生物质碳作为碳源，以含Zr的无机盐作为锆源，利用微波水热法合成ZrO₂、C、B₄C的复合粉体，再通过在氩气氛围下进行煅烧的高温碳热还原反应合成纳米尺寸的ZrB₂。以生物质碳作为碳源作为原料具有绿色环保的特点，ZrO₂、C颗粒粒度小、效率高、重复性好，为合成纳米ZrB₂提供了基础。本发明具有高效、低成本的优势，适合于工业化的生产，经本发明制备的纳米ZrB₂粉体具有纯度高，粒度小(粒径为50～200nm)，粒径分布均匀的特点，该纳米ZrB₂粉体能够作为研制或者生产超高温陶瓷以及耐高温涂层等耐高温产品的原材料。

附图说明

图1是本发明制备的ZrB₂纳米粉体的X-射线衍射(XRD)图谱；

图2是本发明制备的ZrB₂纳米粉体的扫描电镜(SEM)照片。