[发明专利]一种水热法辅助熔盐法制备硼化物超高温陶瓷粉体的方法

说明书

本发明涉及一种水热法辅助熔盐法制备硼化物超高温陶瓷粉体的方法，首先采用水热法制备出ZrO₂和硼粉的混合粉体，再借助熔盐法促进硼热还原反应进而制得高纯ZrB₂(HfB₂)粉体。采用水热法制备出ZrO₂和硼粉的混合粉体。这样使得二者的混合更加均匀，确保后期硼热还原反应能充分进行，提高产物的纯度。其次，结合熔盐法又具有以下三点优势：(1)可以明显地降低合成温度和缩短反应时间。(2)可以更容易地控制颗粒的形状和尺寸。(3)熔盐法的反应过程以及随后的清洗过程中，也有利于杂质的消除，形成高纯的反应产物。

技术领域

本发明属于超高温陶瓷粉体制备技术领域，涉及一种水热法辅助熔盐法制备硼化物超高温陶瓷粉体的方法。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的高速发展以及空天一体化的迫切需要，高超声速飞行器成为许多国家航空航天部门发展的重点领域。在长时间高超声速巡航、跨大气层飞行和大气层再入等极端环境下，飞行器机翼前缘和鼻锥等关键部件在飞行过程中与大气剧烈摩擦，产生极高的温度，这对材料的高温稳定性提出了极高的要求。因此，发展具备优异抗氧化性、抗烧蚀性、抗热震性并保持相当高温强度的超高温热防护材料成为新型空天飞行器亟待解决的重要技术问题。

目前，有望在上述严苛环境中使用的材料主要有超高温陶瓷基复合材料，碳/碳(C/C)复合材料。然而，C/C复合材料在高温下容易发生氧化，这限制了它在超高温领域的应用。为了解决C/C复合材料的氧化问题，陶瓷涂层尤其是超高温陶瓷涂层应运而生。基于此，研究者对于超高温陶瓷进行了大量卓有成效的研究。在超高温陶瓷的大家族中，过渡金属硼化物特别是ZrB₂、HfB₂具有相对优异的综合性能，例如高熔点、高强度、高硬度、高热导和电导、优良的化学稳定性、抗热震性等。超高温陶瓷的性能与其制备原料(超高温陶瓷粉体)密切相关。因此，制备高品质超高温陶瓷粉体具有重要意义。

目前，合成超高温陶瓷粉体的方法较多，主要包括固相热还原法和液相法。其中固相热还原法主要有：硼热还原法[S.L.Ran,O.Van Der Biest,J.Vleugels,ZrB₂powderssynthesis by borothermal reduction.Journal of the American Ceramic Society,2010,93(6):1586-1590.]；碳热还原法[A.K.Khanra,L.C.Pathak,M.M.Godkhindi,Carbothermal synthesis of zirconium diboride(ZrB₂)whiskers.Advances inApplied Ceramics,2007,106(3):155-160.]；高温自蔓延法

[A.K.Khanra,L.C.Pathak,M.M.Godkhindi,Double SHS of ZrB₂powder.Journal of Materials Processing Technology,2008,202(1-3):386-390.]。但是，上述方法在制备超高温陶瓷粉体时，往往存在合成温度高、保温时间长、粉体粒径较大以及杂质多等问题。液相法主要有：水热法[L.Chen,Y.Gu,Z.Yang,et al,Preparation andsome properties of nanocrystalline ZrB₂ powders.Scripta Materialia,2004,50(7):959-961]；溶胶-凝胶法[Y.J.Yan,Z.R.Huang,S.M.Dong,et al,New route tosynthesize ultra-fine zirconium diboride powders using inorganic-organichybrid precursors.Journal of the American Ceramic Society,2006,89(11):3585-3588.]；液相法制备温度较低，所得产物粒径较小，但其产率较低，工艺稳定性较差。