本发明专利技术涉及一种碳化锆陶瓷粉体的制备方法。一种碳化锆陶瓷粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1）原料的选取：按正丙醇锆与蔗糖的物质量比为12:3.6～12:4.6，正丙醇锆、稀释剂正丙醇、螯合剂乙酸的体积比为8:32:2～8:64:3，选取正丙醇锆、蔗糖、稀释剂正丙醇、螯合剂乙酸；按蔗糖与溶剂乙酸的配比＝（7～8）g:50mL，选取溶剂乙酸；2）干凝胶粉的制备；3）前驱体粉的制备；4）前驱体粉的热处理，获得碳化锆陶瓷粉体。本发明专利技术有效地解决了碳化锆粉体中氧含量普遍较高的问题，获得纯度高、晶粒细小的碳化锆陶瓷粉体；且独立的石墨模具存在，使得碳化锆粉末的合成可与热压模具内其它材料的制备同时进行，达到供热的效果，大大降低了能耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
碳化锆(ZrC)是近几年来非氧化物陶瓷材料的研究热点。ZrC属于过渡金属碳化物，具有高硬度、强耐磨性、低热膨胀率、高热导率、高电导率等优良性能。与碳化硅等其它过渡金属碳化物相比，ZrC具有更优异的化学物理性质。碳化锆陶瓷粉末是一种极其重要的新型工程陶瓷原料，其优异的特点使其在硬质合金上有很大的应用空间，可以提高硬质合金强度、耐腐蚀性等。碳化锆是生产原子能级海绵锆的原料，可以用作高级耐火材料的添加剂。碳化锆具有高强度和硬度；其次，对于2200m/s的中子，纯锆的吸收截面为O. 18±0· 02mb,碳的吸收截面为3. 2mb,因此ZrC热中子吸收截面小；再者，137Cs于1600、1800°C时在ZrC涂层中的扩散系数比在SiC涂层中低两个数量级，因此ZrC耐辐射性能好， 可以做高温气冷堆包覆燃料颗粒阻挡层的材料。碳化锆是过渡族元素Zr和C形成的一种非化学计量的碳化物即ZrCx(O. 5 ^ X ^ 1)，这是由于NaCl型晶体结构是一种亚稳态结构，且ZrC极易氧化，其氧化温度为300°C左右。O原子可取代C原子的位置从而形成ZrCxOy化合物。因此,碳化错作为增强碳纤维的抗氧化性的保护材料被广泛应用。由于碳化锆的特殊用途，人们对碳化锆粉体的性能也提出了相应的要求纯度高，氧含量低且晶粒细小。碳化锆陶瓷粉末的传统合成工艺为低温合成法、燃烧合成法、碳热还原法、溶胶-凝胶法等。由这些工艺合成的碳化锆粉末虽然粒径可达到几十到几百纳米，但由于工艺及原料等因素的影响，且中间产物ZrCxOy转化成ZrC困难，因此普遍存在纯度不高的问题。目前，国内外学者用溶胶凝胶方法制备高纯、超细的碳化锆粉末。Mickael DolTe、Dominique Gosset等，以正丙醇错、乙酸及鹿糖为错源与碳源制得前驱体。将其在1400 1800°C进行热处理，得到粒径为90 150nm的ZrC，氧含量在3 at. 8 at. %之间。YongjieYan等，以Zr0Cl2*8H20、酚醛树脂分别为锆源与碳源制得前驱体。将前驱体1400°C保温Ih进行热处理，得到平均粒径为200nm的ZrC，但结合碳的含量仅为10. 67% (理论碳含量为11.64%)。可见如果采用传统的热处理方式，所需合成时间长，能耗大，成本较高。且所得产物中氧含量通常较高或结合碳较理论值偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法低成本、节能，采用该方法所得到的碳化锆陶瓷粉体氧含量低且晶粒细小。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是，其特征在于它包括如下步骤O原料的选取按正丙醇锆与蔗糖的物质量(摩尔比)比为12:3. 6 12:4. 6，正丙醇锆、稀释剂正丙醇、螯合剂乙酸的体积比为(2 3)]选取正丙醇锆、蔗糖、稀释剂正丙醇(即正丙醇)、螯合剂乙酸；按蔗糖与溶剂乙酸的配比=(7 8)g:50mL,选取溶剂乙酸； 2)干凝胶粉的制备 将蔗糖溶于温度为75 90°C的溶剂乙酸中，所得溶液冷却至室温，得到碳源溶液(作为碳源使用);取稀释剂正丙醇总体积25 50%的正丙醇与正丙醇锆混合后置于25 30°C的恒温水浴锅中搅拌，添加螯合剂乙酸，搅拌使其混合均匀，得到正丙醇锆混合液；将余下的正丙醇与碳源溶液混合，得到碳源混合溶液；然后将碳源混合溶液滴加到高速搅拌的正丙醇锆混合液中，在25 30°C下，搅拌I 3天，混合均匀，生成较好的三维空间网络结构，经过I 4天陈化后，获得深红色的凝胶；凝胶置于80 150°C干燥箱内干燥24 48h，干法研磨Ih 2h后，得到干凝胶粉； 3)前驱体粉的制备 干凝胶粉在氩气保护的条件下进行热处理，以3 5°C /min的升温速率，在600 700°C温度下保温30 60min (充分分解及排除有机物)，冷却后进行干法研磨O. 5 lh，得到碳化锆前驱体粉； 4)前驱体粉的热处理· 10 15g碳化错前驱体粉置于铺有石墨纸的(内径F40mm,外径为F50 mm)独立石墨模具中，盖上石墨盖(该模具也可应用于放电等离子体SPS的粉体合成中)，石墨模具置于热压模具的环形外套上(一次至多可放4个石墨模具，如图1)，放入热压炉中并通以氩气保护，以5°C 10°C /min的速率加热到1550 1800°C的反应温度(其中最佳的合成温度范围是1650 1750°C)，在反应温度(合成温度)下保温时间为25 60分钟(最佳保温时间为30 50分钟)，获得晶粒粒径在150 500nm范围内的碳化锆陶瓷粉体。石墨模具仅置于热压模具的环形外套上，碳化锆粉体的制备可与一些材料的制备同时进行(其它材料的制备过程中，需保证无与碳化锆前驱体粉及最终产物碳化锆发生反应的气体放出)。具体见实施例I和4。所述正丙醇锆、蔗糖、稀释剂正丙醇、螯合剂乙酸、溶剂乙酸的含H2O量均小于O.05wt% (体系为无水体系，即所选取的有机试剂含H2O < O. 05wt%)。步骤I)所述的高速搅拌是指转速1100 1300r/min。步骤4)中碳热还原反应器为独立的石墨模具，构成类似于单个碳管炉的结构。步骤4)中所获碳化错陶瓷粉体的氧含量为O. 3 wt% I. 2 wt%,晶粒粒径150 500nm之间。本专利技术均采用无水的有机溶剂作为原料，避免了因大量水分子的存在而导致合成及后续烧结温度升高的问题；且用适量的正丙醇稀释，解决了因正丙醇锆的粘稠迅速凝胶的问题，在一定程度上延长了溶胶存在的时间，增加了溶胶凝胶的均匀性。具体见对比实施例5。本专利技术采用热压炉中放置独立的石墨模具，将前驱体粉放入独立的石墨模具的条件下进行碳热还原反应。碳化锆合成涉及的固相反应为还原反应，独立的石墨模具构成类似于单个碳管炉的结构，为反应提供了较强的还原气氛，促进了碳化锆的形成，有效地降低了最终产物中氧的含量，可将其含量成功控制在O. 3 wt%左右，同时利用其还原气氛有效地抑制了晶体的长大，解决了氧含量随着温度升高、保温时间延长而降低但晶体随着温度升高、保温时间延长而长大这一矛盾。另一方面，因独立的模具仅置于热压模具的外套上，并无阻碍热压模具中其它粉体及块体的制备，从而可与一些其它材料的制备同时进行(其它材料的制备过程中需保证无与前驱体及最终产物碳化锆反应的气体放出)，达到供热的效果，加之纯相碳化锆的合成温度高，需大量的能量供以碳热还原-吸热反应的进行。所以本方法大大降低了损耗，达到了节能的效果。且与放电等离子体制备碳化锆的技术相比，热压炉更具有普遍性和经济性。本专利技术的有益效果是以正丙醇锆、蔗糖分别为锆源、碳源，并以乙酸作为螯合剂、正丙醇为稀释剂，采用溶胶-凝胶方法制备出适合快速合成的前躯体。前驱体粉热处理步骤中，由于独立的石墨模具存在，碳化锆粉末的合成可与热压中一些材料的制备同时进行，达到供热的效果，大大降低了损耗，达到节能的效果；且石墨模具类似单个小型碳管炉，为体系提供还原气氛，有效地解决了碳化锆粉体中氧含量普遍较高的问题。获得纯度高、晶粒细小(平均粒径小于500nm)的碳化锆陶瓷粉体。通过X射线衍射分析为单一碳化锆物相，产物中氧含量为O. 3 wt% 1.2 wt%，游离碳含量为O. 5 wt% 2 wt%之间；晶粒均匀细小，平均粒径小于500nm。 该本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳化锆陶瓷粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1）原料的选取：按正丙醇锆与蔗糖的物质量比为12:3.6～12:4.6，正丙醇锆、稀释剂正丙醇、螯合剂乙酸的体积比为8:32:2～8:64:3，选取正丙醇锆、蔗糖、稀释剂正丙醇、螯合剂乙酸；按蔗糖与溶剂乙酸的配比＝（7～8）g:50mL，选取溶剂乙酸；2）干凝胶粉的制备：将蔗糖溶于温度为75～90℃的溶剂乙酸中，所得溶液冷却至室温，得到碳源溶液；取稀释剂正丙醇总体积25～50%的正丙醇与正丙醇锆混合后置于25～30℃的恒温水浴锅中搅拌，添加螯合剂乙酸，搅拌使其混合均匀，得到正丙醇锆混合液；将余下的正丙醇与碳源溶液混合，得到碳源混合溶液；然后将碳源混合溶液滴加到高速搅拌的正丙醇锆混合液中，在25～30℃下，搅拌1～3天，混合均匀，经过1～4天陈化后，获得深红色的凝胶；凝胶置于80～150℃干燥箱内干燥24～48h，干法研磨1h～2h后，得到干凝胶粉；3）前驱体粉的制备：干凝胶粉在氩气保护的条件下进行热处理，以3～5℃/min的升温速率，在600～700℃温度下保温30～60min，冷却后进行干法研磨0.5～1h，得到碳化锆前驱体粉；4）前驱体粉的热处理：碳化锆前驱体粉置于铺有石墨纸的独立石墨模具中，盖上石墨盖，石墨模具置于热压模具的环形外套上，放入热压炉中并通以氩气保护，以5℃～10℃/min的速率加热到1550～1800℃的反应温度，在反应温度下保温时间为：25～60？分钟，获得碳化锆陶瓷粉体。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：傅正义，解晶晶，张帆，王玉成，卢常勇，王为民，王皓，张金咏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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