本发明专利技术涉及一种以溶胶-凝胶技术制备TiB2纳米粉体的新方法，经过配制硼酸混合溶液、制备有机钛混合溶液、制备硼钛混合溶胶、制备硼钛混合凝胶、制备TiB2前驱体粉体和TiB2纳米粉体的合成，得到得到TiB2纳米粉体。依照本发明专利技术所述工艺，在较低温度下合成高纯的TiB2纳米粉体，所得到的粉体的纯度能够达到96%以上。合成的颗粒尺寸较小，一般在50-120nm，分布较为均匀，存在轻微的团聚现象。此外，相比于文献的溶胶-凝胶法，山梨醇络合-聚合技术显著提高了TiB2粉体的产率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温结构陶瓷领域，即一种以溶胶-凝胶技术制备TiB2纳米材料的新方法。即采用山梨醇络合硼酸形成硼酸络合物，然后与经乙酰丙酮修饰的钛酸丁酯混合，形成溶胶，再经加热凝胶，然后在相对较低煅烧合成温度下合成TiB2纳米粉体的方法。
技术介绍
二硼化钛(TiB2)是一种性能优异的新型材料，由于具有熔点高、硬度大、耐磨等优点，现已广泛应用在颗粒增强复合材料、复合陶瓷材料、硬质合金等方面。同时，由于其良好的导电、导热性以及抗氧化性好等，在导电材料和涂层保护等方面也更加受到重视。且由于其不与Al液及冰晶石反应的特点，现已用来作铝电解槽的阴极并正在被迅速推广。随着TiB2原料制备成本技术和生产工艺的不断完善，以及成本的降低，其应用前景将更为广阔。目前制备TiB2粉体主要有直接合成法、金属热还原法、化学气相沉积法、碳热还原法等。然而，采用以上方法需要高合成温度和较长的生产周期，同时，合成的粉体颗粒尺寸较大、烧结活性差。因此，合成均匀的、分散性好的超细粉体引起了泛的关注。均匀、超细的粉体能够增加烧结过程中的驱动力，改善烧结体的显微结构，以及增加材料的机械性能等。相比于传统的固相法，液相法能够获得原子或者分子级别混合的前驱体，促进合成均匀的、纳米级别的粉体，进一步改善粉体的烧结特性。而溶胶-凝胶法是目前液相法的一个研究热点，通过网络结构的构建，能够显著降低粉体合成温度，制备的粉体纯度高，颗粒尺寸小等优点。 文献中的溶胶-凝胶法，溶胶网络是由T1-O-Ti骨架构成，而硼酸只是简单的溶解在溶胶中，对网络的构建没有起到作用，从而得到的溶胶稳定性差，最终影响到合成粉体的形貌；同时，采用的碳源主要是蔗糖、酚醛树脂等，这些物质也不能起到改善溶胶稳定性的作用。本专利技术采用多羟基的山梨醇作为络合剂，利用硼酸的缺电子性质发生络合反应，以形成B-O-C的网络结构；采用化学修饰剂乙酰丙酮促进钛酸丁酯的缓慢水解-缩聚以形成T1-O-Ti网络，然后两种网络相互作用，最终形成稳定的溶胶；同时山梨醇也可以作为碳源参与碳热还原反应的进行，不需要引入其它碳源，优化了制备过程。所获得的溶胶最后通过凝胶化、干燥、碳热还原煅烧环节，制备出TiB2纳米粉体。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用山梨醇作为络合剂与硼酸络合，形成硼酸络合物网络结构，同时能够提高硼酸的溶解度；采用乙酰丙酮作为化学修饰剂，来抑制有机钛的快速水解以形成T1-O-Ti网络，两种网络相互作用而形成均匀、稳定的溶胶-凝胶，结合碳热还原反应制备出TiB2m米粉体。制备的粉体具有以下优点:颗粒尺寸小，分散均匀，合成温度较低，且在较低的B/Ti下得到高纯TiB2纳米粉体。本专利技术是通过以下技术方案实现的。以溶胶-凝胶技术制备TiB2纳米粉体的新方法，其特征步骤如下:I)配制硼酸混合溶液:按照硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比为(2.5-3.5):1，称取硼酸，按照山梨醇与钛酸丁酯的碳锆摩尔比为(4-7):1的量，称取山梨醇，将硼酸与山梨醇混合得到混合物；然后向混合物中加入乙醇作为溶剂，形成硼酸含量为2-6mol/L的混合液；将混合液放入水浴锅中搅拌加热，温度控制在60-80°C，搅拌0.4-lh，将溶液冷却至室温，得到透明的硼酸浓度为2-6mol/L的混合溶液，将硼酸混合溶液记为溶液I ;2)制备有机钛混合溶液:按照硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比为(2.5-3.5):1的量，称取钛酸丁酯；按照钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为(2.0-3.5):1，量取乙酰丙酮，加入到搅拌的钛酸丁酯中，搅拌15min-30min后，形成有机钛混合溶液，将有机钛混合溶液记为溶液2 ；3)制备硼钛混合溶胶；将溶液I置于磁力搅拌器上进行搅拌，然后将溶液2中的有机钛混合溶液缓慢倒入溶液I中，搅拌0.5-1.0h后，停止搅拌，得到黄色透明的硼化钛前驱体浓度为0.60-1.5mol/L硼钛混合溶胶；4)制备硼钛混合凝胶:将得到的硼钛混合溶胶置于60_80°C烘箱中保温6_8h，得到硼钛混合凝胶；5)制备TiB2前驱体粉体:将得到的硼钛混合凝胶置于80_90°C烘箱中干燥6_10h，然后将烘箱温度升高到110-130°C，干燥4-6h，得到TiB2前驱体干凝胶，将TiB2前驱体干凝胶研磨、过80目筛，得到TiB2前驱体粉体；6) TiB2纳米粉体的合成:将TiB2前驱体粉体置于气氛炉的中，在氩气保护下进行高温煅烧，氩气流量为50-100ml/min，升温制度为，以3_5°C /min的速率从室温升至1450-1550°C保温l_2h，然后随炉降至室温，停止通入氩气，得到TiB2纳米粉体。本专利技术的效果是:依照本专利技术所述工艺，在较低温度下合成高纯的TiB2纳米粉体，所得到的粉体的纯度能够达到96%以上。合成的颗粒尺寸较小，一般在50-120nm，分布较为均匀，存在轻微的团聚现象。此外，相比于文献的溶胶-凝胶法，山梨醇络合-聚合技术显著提高了 TiB2粉体的产率。【附图说明】图1:实施例1中，B/Ti比2.5:1、1500°C煅烧保温Ih得到的粉体的物相分析图。图2:实施例1中，B/Ti比2.5:1、1500°C煅烧保温Ih得到的粉体的扫描图。【具体实施方式】实施例1:(I)配制硼酸混合溶液:按照H3BO3与Ti (OC4H9) 4中的硼钛摩尔比(B/Ti )为2.5:1的量，用天平准确称取1.5458gH3B03,按照C6H1406与Ti (OC4H9) 4的C/Ti比为5.0:1，用天平准确称取2.0020gC6H1406,将H3BO3与Ti (OC4H9) 4置于烧杯I中，混合得到混合物。然后向混合物中加入IOml乙醇(C2H5OH)作为溶剂，形成硼酸含量为2.5mol/L的混合液；然后将烧杯I放入水浴锅中搅拌加热，温度控制在70°C，搅拌0.5h，将溶液冷却至室温，即得到透明的硼酸浓度为2.5mol/L的混合溶液，将硼酸混合溶液记为溶液I ;(2)制备有机钛混合溶液:按照H3BO3与Ti(OC4H9)4的硼钛摩尔比(B/Ti)为2.5:1的量，用天平准确称取3.403gTi (OC4H9)4,将其加入到烧杯2中，将烧杯2置于磁力搅拌器上进行搅拌，然后用量筒量取Ig的乙酰丙酮，将其缓慢加入到正在搅拌的Ti (OC4H9)4中，搅拌20min后，即形成有机钛混合溶液，将此有机钛混合溶液记为溶液2 ；(3)制备硼钛混合溶胶:将溶液I置于磁力搅拌器上进行搅拌，然后将溶液2中的有机钛混合溶液缓慢倒入溶液I中，搅拌1.0h,停止搅拌，得到黄色透明的硼化钛前驱体浓度为0.9mol/L硼钛混合溶胶；(4)制备硼钛混合凝胶:将得到的硼钛混合溶胶置于70°C烘箱中保温7h，得到硼钛混合凝胶；(5)制备TiB2前驱体粉体:将得到的硼钛混合凝胶置于85°C烘箱中干燥8h，然后将烘箱温度升高到120°C，干燥5h，得到TiB2前驱体干凝胶，将TiB2前驱体干凝胶研磨、过80目筛，得到TiB2前驱体粉体； (6) TiB2纳米粉体的合成:将TiB2前驱体粉体置于气氛炉的中，在氩气保护下进行高温煅烧，氩气流量为70ml/min，升温制度为，以4°C /min的速率从室温升至合成温度(1500°C )，在此合成温度保温1.5h，然后随炉降至室温，停止通本文档来自技高网...
【技术保护点】
以溶胶?凝胶技术制备TiB2纳米粉体的新方法，其特征步骤如下：1）配制硼酸混合溶液：按照硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比为(2.5?3.5):1，称取硼酸，按照山梨醇与钛酸丁酯的碳锆摩尔比为(4?7):1的量，称取山梨醇，将硼酸与山梨醇混合得到混合物；然后向混合物中加入乙醇作为溶剂，形成硼酸含量为2?6mol/L的混合液；将混合液放入水浴锅中搅拌加热，温度控制在60?80℃，搅拌0.4?1h，将溶液冷却至室温，得到透明的硼酸浓度为2?6mol/L的混合溶液，将硼酸混合溶液记为溶液1；2）制备有机钛混合溶液：按照硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比为(2.5?3.5):1的量，称取钛酸丁酯；按照钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为(2.0?3.5):1，量取乙酰丙酮，加入到搅拌的钛酸丁酯中，搅拌15min?30min后，形成有机钛混合溶液，将有机钛混合溶液记为溶液2；3）制备硼钛混合溶胶；将溶液1置于磁力搅拌器上进行搅拌，然后将溶液2中的有机钛混合溶液缓慢倒入溶液1中，搅拌0.5?1.0h后，停止搅拌，得到黄色透明的硼化钛前驱体浓度为0.60?1.5mol/L硼钛混合溶胶；4）制备硼钛混合凝胶：将得到的硼钛混合溶胶置于60?80℃烘箱中保温6?8h，得到硼钛混合凝胶；5）制备TiB2前驱体粉体：将得到的硼钛混合凝胶置于80?90℃烘箱中干燥6?10h，然后将烘箱温度升高到110?130℃，干燥4?6h，得到TiB2前驱体干凝胶，将TiB2前驱体干凝胶研磨、过80目筛，得到TiB2前驱体粉体；6）TiB2纳米粉体的合成：将TiB2前驱体粉体置于气氛炉的中，在氩气保护下进行高温煅烧，氩气流量为50?100ml/min，升温制度为，以3?5℃/min的速率从室温升至1450?1550℃保温1?2h，然后随炉降至室温，停止通入氩气，得到TiB2纳米粉体。...
【技术特征摘要】
1.以溶胶-凝胶技术制备TiB2纳米粉体的新方法,其特征步骤如下: 1) 配制硼酸混合溶液:按照硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比为(2.5-3.5): 1，称取硼酸，按照山梨醇与钛酸丁酯的碳锆摩尔比为(4-7):1的量，称取山梨醇，将硼酸与山梨醇混合得到混合物；然后向混合物中加入乙醇作为溶剂，形成硼酸含量为2-6mol/L的混合液；将混合液放入水浴锅中搅拌加热，温度控制在60-80°C，搅拌0.4-lh，将溶液冷却至室温，得到透明的硼酸浓度为2-6mol/L的混合溶液，将硼酸混合溶液记为溶液I ; 2)制备有机钛混合溶液:按照硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比为(2.5-3.5):1的量，称取钛酸丁酯；按照钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为(2.0-3.5):1，量取乙酰丙酮，加入到搅拌的钛酸丁酯中，搅拌15min-30min后，形成有机钛混合溶液，将有机钛混合溶液记为溶液.2 ； 3)制备硼钛混合溶胶...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敏敏，季惠明，刘巍，季光奕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。