[发明专利]一种低温合成片状ZrB2

说明书

本发明属于硼化物高温陶瓷制备技术领域，公开了一种低温合成片状ZrB₂超细粉体的方法。这种ZrB₂超细粉体为片状结构，合成方法是首先利用液相先驱体法合成具有长链结构的锆质先驱体；然后经过低温裂解后，通过添加过渡金属催化剂和熔盐控制ZrB₂超细粉体的形貌；最后，再经过碳热还原烧结得到片状ZrB₂超细粉体。与现有技术相比，本申请的有益效果是能够得到的ZrB₂超细粉体为片状结构，且合成过程中温度相较于现有技术较低，合成的产品几乎不含杂质。

技术领域

本发明属于硼化物高温陶瓷制备技术领域，特别涉及一种低温合成片状 ZrB₂超细粉体的方法。

背景技术

二硼化锆(ZrB₂)陶瓷作为超高温陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、高弹性模量、高导热导电系数、化学性质稳定等优点，是火箭、超音速冲压喷射发动机、核反应堆反应器的耐火涂层等超高温工作环境最有潜力的候选材料。然而ZrB₂陶瓷材料的烧结性能受原始粉末特性的制约，如ZrB₂粉体的颗粒尺寸、微观结构、纯度等。例如目前合成的ZrB₂超细粉体主要为粒状、短棒状和板状，虽然能够赋予通过ZrB₂超细粉体烧结成的ZrB₂陶瓷有益的耐高温、高硬度等优点，但也导致采用这种结构的ZrB₂超细粉体烧结成的ZrB₂陶瓷的韧性低，从而限制了ZrB₂陶瓷的应用。

ZrB₂粉体的制备方法有很多，主要是利用锆和锆的氧化物进行硼化反应。按反应物状态不同可分为固相法、液相法和气相法。其中固相法包括直接合成法、碳热还原法、金属热还原法、高温自蔓延合成法、电化学合成法等。液相法包括共沉淀法、溶胶-凝胶法等。气相法包括PVD、CVD等。在各种ZrB₂粉体的制备方法中，碳热还原法和高温自蔓延合成法是最常用的两种方法，但是高温自蔓延合成法直接采用单质Zr和B为原料，由于这两种单质材料的高纯化成本高，且一般需要Mg或Al点燃反应，最终生成的ZrB₂粉体中金属杂质如Fe、Mg、Al等杂质都比较高，且合成成本高。而碳热还原法虽然采用纯度较高且易得的ZrO₂、H₃BO₃、C为原料，但是在碳化过程中往往伴生碳化物，从而降低了ZrB₂粉体的纯度。而且碳热还原法制备得到的ZrB₂粉体往往呈条棒状，条棒尺寸为微米级，有时甚至超过10μm，这限制了它在陶瓷材料领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有目前ZrB₂超细粉体合成方面存在的上述问题，提供一种低温合成片状ZrB₂超细粉体的方法。本发明的合成方法中烧结温度较现有技术中的液相先驱体法降低了50℃～100℃，相较于现有技术中的固相法降低了250℃～300℃，节约能源。且合成的ZrB₂超细粉体为片状结构。

本发明首先利用液相先驱体法合成具有长链结构的锆质先驱体；然后经过低温裂解后，通过添加过渡金属催化剂和熔盐控制ZrB₂超细粉体的形貌；最后，再经过碳热还原烧结得到片状ZrB₂超细粉体。与固相还原工艺相比，液相先驱体法反应物料在分子或原子尺度上均匀混合，更有利于低温下得到微纳米级且物相分布均匀的高纯粉体。

为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

一种低温合成片状ZrB₂超细粉体的方法，其特征在于，所述ZrB₂超细粉体为片状结构；

所述ZrB₂超细粉体的合成步骤如下：

S1、锆质先驱体粉末的制备