一种制备硼化铪粉体的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备硼化铪粉体的方法，包括将铪源化合物溶解于第一溶剂中形成第一溶液；将硼源化合物和碳源化合物溶解于第二溶剂中，并加入聚乙二醇，形成第二溶液；将第一溶液加入第二溶液中，收集所产生的沉淀；将所收集的沉淀干燥，并研磨成粉末，然后进行高温煅烧，从而制得硼化铪粉体。本发明专利技术不仅制备过程简单、反应过程易控制、生产周期短、成本低廉，而且所制备的硼化铪粉体具有较高的纯度、较小的粒径、较窄的粒径分布和良好的微观形貌，能够在后续成型过程中增强烧结体的力学性能和烧结驱动力。结驱动力。

【技术实现步骤摘要】
一种制备硼化铪粉体的方法


[0001]本专利技术涉及硼化铪粉体制备
，尤其涉及一种聚乙二醇辅助制备硼化铪粉体的方法。

技术介绍

[0002]随着航空、航天科技，空间飞行器技术的不断发展，人类可以探索到更浩瀚的外太空，然而在外太空的极端环境下，很多材料的性能无法达到需求。
[0003]硼化铪(HfB2)作为一种超高温硼化物材料，具有高熔点、高硬度、高抗热震性能、高电导率和高热导率等特性，因此成为火箭发动机、超声速飞机、耐火材料等极端超高温服役条件下零部件的候选材料。但是，HfB2陶瓷材料的烧结性能受到纯度，粒度等原始粉末特性的严重制约。
[0004]目前，硼化铪粉体的制备方法主要有：固相合成法、电化学合成法、机械化学合成法、自蔓延高温燃烧合成法、熔盐法等。但是这些制备方法生产周期较长，步骤较多，且制备条件要求较高，产出的硼化铪粉体的颗粒尺寸、纯度、产量无法满足科研和生产的需要。
[0005]Saranya Venugopal等人提出一种采用酚醛树脂、氯化铪和硼酸合成硼化铪粉体的凝胶溶胶法(J.Am.Ceram.Soc.,97[1]92
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99(2014))，但是该方法制备出的硼化铪粉体颗粒粒径较大且不均匀，进一步影响到粉体的质量以及后续陶瓷块材的性能。
[0006]本申请人提出了一种采用硼酸、山梨醇、氯化铪为原料合成硼化铪粉体的方法(CN113816379A)，然而该方法制备的硼化铪粉体仍然存在粒径分布较宽的问题，导致后续烧结成的块状陶瓷体致密度不高。
专利
技术实现思路

[0007]针对现有技术中的上述不足之处，本专利技术提供了一种聚乙二醇辅助制备硼化铪粉体的方法，不仅制备过程简单、反应过程易控制、生产周期短、成本低廉，而且所制备的硼化铪粉体具有较高的纯度、较小的粒径、较窄的粒径分布和良好的微观形貌，能够在后续成型过程中增强烧结体的力学性能和烧结驱动力。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0009]在一个方面，本专利技术提供一种制备硼化铪粉体的方法，包括以下步骤：
[0010]步骤A、将铪源化合物溶解于第一溶剂中形成第一溶液；
[0011]步骤B、将硼源化合物和碳源化合物溶解于第二溶剂中，并加入聚乙二醇，形成第二溶液；
[0012]步骤C、将第一溶液加入第二溶液中，收集所产生的沉淀；
[0013]步骤D、将步骤C所收集的沉淀干燥，并研磨成粉末，然后进行高温煅烧，从而制得硼化铪粉体。
[0014]在上述方法中，步骤A和步骤B的顺序并不受到限制，并且可以互换。
[0015]在优选的方面，铪源化合物选自氯化铪、正丁醇铪等，优选氯化铪。
[0016]在其他优选的方面，硼源化合物选自硼酸、无定形硼等，优选硼酸。
[0017]在又一优选的方面，碳源化合物选自山梨醇、酚醛树脂、葡萄糖等，优选山梨醇。
[0018]在其他优选的方面，聚乙二醇的用量为第一和第二溶液总质量的0.5wt％～5wt％，更优选为1wt％～2wt％。
[0019]在其他优选的方面，聚乙二醇的分子量为1,000～20,000，更优选为2,000～10,000。
[0020]在又一优选的方面，第一溶剂和第二溶剂可以相同或不同，各自独立地选自羧酸和醇类溶剂，更优选乙酸、乙醇等，再更优选第一溶剂和第二溶剂相同且均为乙酸。
[0021]在另外优选的方面，铪源化合物与硼源化合物的Hf与B的原子比范围为1:2～1:6，更优选为1:3～1:4；铪源化合物与碳源化合物的Hf与C的原子比范围为1:8～1:13，更优选为1:9.5～1:11。
[0022]优选地，在步骤B中，通过恒温搅拌使得硼源化合物和碳源化合物溶解于第二溶剂中，温度为20～90℃，更优选为50～70℃。
[0023]优选地，在步骤C中，通过滴加将第一溶液加入第二溶液中，第一溶液的滴入速率为0.5～15mL/min，更优选为5～10mL/min。
[0024]优选地，在步骤D中，将步骤C所收集的沉淀在100～150℃下干燥4～24小时。
[0025]优选地，在步骤D中，所述研磨成粉末通过球磨处理进行，球磨转速为50～400rpm，球磨时间为0.5～4小时。
[0026]优选地，在步骤D中，所述高温煅烧是以惰气(优选高纯氩气)作为保护气，在高温管式炉中以1～5℃/min的速率由室温升温至1000～1200℃，然后以0.5～2℃/min的速率升温至1450～1700℃，更优选1500～1600℃，并保温10～120分钟，再以0.5～2℃/min的速率降温至1000～1200℃，之后以1～5℃/min的速率降温至300～400℃，最后自然降温至室温。
[0027]在又一方面，本专利技术提供一种制备硼化铪粉体的方法，包括以下步骤：
[0028]步骤A、将乙酸、四氯化铪混合在一起，并恒温搅拌，使四氯化铪完全溶于乙酸，得到第一溶液；
[0029]步骤B、将乙酸、硼酸、山梨醇混合在一起，并恒温搅拌，使硼酸和山梨醇完全溶于乙酸，然后加入分子量为1,000～20,000的聚乙二醇，并冷却至室温，形成第二溶液，其中聚乙二醇的加入量为第一和第二溶液总质量的1wt％～2wt％；
[0030]步骤C、将第一溶液滴入第二溶液中，使得Hf与B的原子比范围为1:3～1:4，Hf与C的原子比范围为1:9.5～1:11，收集所产生的沉淀，即为硼化铪前驱体；
[0031]步骤D、将步骤C所收集的硼化铪前驱体干燥，并研磨成粉末，然后进行高温煅烧，从而制得硼化铪粉体。
[0032]本专利技术所提供的聚乙二醇辅助制备硼化铪粉体的方法采用液相沉淀法，以硼源化合物(优选硼酸)、碳源化合物(优选山梨醇)、铪源化合物(优选四氯化铪)为原料在优选乙酸的体系中形成溶液并且产生沉淀，并加入聚乙二醇作为分散剂调控粒度与形貌，产生沉淀后充分干燥并研磨成粉末，然后放入高温管式炉中高温煅烧，从而制得高纯超细的硼化铪粉体。该硼化铪粉体纯度高、粒径小(平均粒径在400nm以下)、粒径分布窄(粒径分布跨度在300nm以下)、微观形貌呈球形颗粒，能够在后续成型过程中增强烧结体的力学性能和烧结驱动力，而且制备过程简单、不需要特殊仪器和药品、反应过程易控制、生产周期短、成本
低廉、适合大批量生产，十分适合用于制备在超高温条件下服役的陶瓷材料。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0034]图1a
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1e为采用X射线衍射分析仪分别对本专利技术实施例1～4及对比例1所制备的硼化铪粉体进行物质检测，从而得到的XRD图谱。
[0035]图2a
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2e为采用扫描电镜分别对本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、将铪源化合物溶解于第一溶剂中形成第一溶液；步骤B、将硼源化合物和碳源化合物溶解于第二溶剂中，并加入聚乙二醇，形成第二溶液；步骤C、将第一溶液加入第二溶液中，收集所产生的沉淀；步骤D、将步骤C所收集的沉淀干燥，并研磨成粉末，然后进行高温煅烧，从而制得硼化铪粉体。2.根据权利要求1所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的用量为所述第一和第二溶液总质量的0.5wt％～5wt％。3.根据权利要求1所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为1,000～20,000。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的用量为所述第一和第二溶液总质量的1wt％～2wt％；并且/或者，所述聚乙二醇的分子量为2,000～10,000。5.根据权利要求1至3中任一项所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述铪源化合物选自氯化铪或正丁醇铪；并且/或者，所述硼源化合物选自硼酸或无定形硼；并且/或者，所述碳源化合物选自山梨醇、酚醛树脂或葡萄糖。6.根据权利要求5所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述铪源化合物为氯化铪，所述硼源化合物为硼酸，所述碳源化合物为山梨醇。7.根据权利要求1至3中任一项所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述第一溶剂和所述第二溶剂各自独立地选自羧酸和醇类溶剂。8.根据权利要求7所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述第一溶剂和所述第二溶剂各自独立地选自乙酸或乙醇。9.根据权利要求8所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述第一溶剂和所述第二溶剂为乙酸。10.根据权利要求1至3中任一项所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述铪源化合物与所述硼源化合物的Hf与B的原子比范围为1:2～1:6；所述铪源化合物与所述碳源化合物的Hf与C的原子比范围为1:8～1:13。11.根据权利要求10所述的制备硼化铪粉体的方法，其特征在于，所述铪源化合物与所述硼源化合物的Hf与B的原子比范围为1:3～1:4；所述铪源化合物与所述碳源化合物的Hf与C的原子比范围为1:9.5～1:11。12....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小晔，王天旭，王振，胡晨光，李昕扬，黄竹林，李越，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：