專利名稱：碳化硼微粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化硼粉體及其制備方法，特別是一種碳化硼微粉及其制備方 法。
背景技術(shù)：
碳化硼是一種有著許多優(yōu)良性能的重要特種陶瓷。由于其具有其它材料不可比 擬的優(yōu)異性能，人們對碳化硼陶瓷的研究深度與力度不斷加大。碳化硼的硬度在自然界中 僅次于金剛石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高溫硬度(> 30GPa)是其他材料無可比 擬的，故成為超硬材料家族中的重要成員。在碳化硼中，硼與碳主要以共價(jià)鍵相結(jié)合(> 90%)，具有高熔點(diǎn)(2450°C)、高硬度、高模量、密度小(2. 52g/cm3)、耐磨性好、耐酸堿性強(qiáng) 等特點(diǎn)，并具有良好的中子、氧氣吸收能力、較低的膨脹系數(shù)(5. OX 10_6 ^r1)優(yōu)良的熱電 性能(140S/m，室溫)，故廣泛應(yīng)用于耐火材料、工程陶瓷、核工業(yè)、航天航空等領(lǐng)域。但由于 碳化硼自身的局限性，很難通過工藝優(yōu)化來大幅度改善其力學(xué)性能。但隨著超微粉末制備 技術(shù)的發(fā)展和有效燒結(jié)助劑的開發(fā)，使碳化硼的常規(guī)燒結(jié)成為可能，碳化硼材料在民用、宇 航和軍事領(lǐng)域都得到了重要應(yīng)用。根據(jù)合成碳化硼粉末所采用的反應(yīng)原理、原料及設(shè)備的不同，碳化硼粉末的工業(yè) 制取方法主要有碳管爐、電弧爐碳熱還原法和高溫自蔓延合成法(SHS)。碳管爐、電弧爐 碳熱還原法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、建成速度快、工藝操作成熟、穩(wěn)定，但也有較大的缺 陷，如能耗大、生產(chǎn)能力較低、高溫下對爐體的損壞嚴(yán)重，尤其是合成的原始粉末平均粒徑 大(20 40um)。自蔓延高溫合成法(SHS)是利用化合物合成時(shí)的反應(yīng)熱，使反應(yīng)進(jìn)行下去 的一種工藝方法；由于此法制備碳化硼時(shí)多以鎂作為助熔劑，故又稱鎂熱法。與其他方法相 比具有反應(yīng)溫度較低(1273 1473K)、節(jié)約能源、反應(yīng)迅速及容易控制等優(yōu)點(diǎn)，合成的碳化 硼粉的純度較高且原始粉末粒度較細(xì)(0.1 4μπι)，是目前合成碳化硼粉的較佳方法。缺 點(diǎn)是反應(yīng)物中殘留的MgO必須通過附加的工藝洗去，且極難徹底除去。所以高純度、粒徑可 控是碳熱合成碳化硼粉末發(fā)展的主要方向，其關(guān)鍵是選擇合適的硼源、碳源以及工藝條件。 目前，硼源多采用硼單質(zhì)或其化合物；碳源的選擇局限于石墨、碳粉和一些含碳高分子，如 蔗糖、淀粉、酚醛樹脂、葡萄糖、甘油等；由于石墨和碳粉的反應(yīng)不充分影響了碳化硼粉體的 收得率，因此開發(fā)新的碳源是碳熱反應(yīng)生產(chǎn)碳化硼的重要方向。竹炭是竹材在高溫、少氧條件下燒制的一種具有豐富孔道結(jié)構(gòu)的天然炭材料。 普通竹炭的比表面積為200 300m2/g，經(jīng)過二次炭化及活化處理，竹炭的比表面積高達(dá) 700m2/g，對該竹炭進(jìn)行超微化得到亞微米、納米竹炭粉術(shù)，其表面積將更高。目前，尚沒有 以竹炭粉末作為碳源來制備碳化硼的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種純度高、粒度分布可控的碳化硼微粉及其制 備方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種碳化硼微粉的制備方法，包括以下步驟1)、室溫下，將三氧化二硼和竹炭微粉按照三氧化二硼碳=2 7的摩爾比進(jìn)行 配比，然后進(jìn)行機(jī)械球磨和粉碎，得均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體；2)、將均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體在真空燒結(jié)爐中于2000 2200°C加熱1 4小時(shí)，冷卻 后取出，得碳化硼微粉。作為本發(fā)明的碳化硼微粉的制備方法的改進(jìn)竹炭微粉的平均粒徑為0. 1 0. 5 μ m0本發(fā)明還同時(shí)提供了利用上述方法制備而得的碳化硼微粉。本發(fā)明充分利用了高比表面積能使竹炭具有高反應(yīng)活性的特點(diǎn)，選用亞微米級的 竹炭微粉為碳源，硼酐(三氧化二硼)為硼源，采用碳熱還原法來制備碳化硼微粉。在步驟 1)中，對竹炭微粉、硼酐進(jìn)行機(jī)械球磨，然后再進(jìn)行氣流粉碎，實(shí)現(xiàn)原料的充分混合和高活 性化；所得的混合粉料即為均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體。步驟2)中，將均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體裝入石墨 坩堝置于真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明所得的碳化硼微粉經(jīng)測定，平均粒徑0. 1 2μπι;純度達(dá)99%以上；使用 時(shí)無需后續(xù)處理(由于制備過程中沒有使用催化劑)。因此本發(fā)明的制備方法，不但能簡化 制備過程，適于規(guī)?；a(chǎn)；還具有反應(yīng)溫度較低、節(jié)約能源、反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、一種碳化硼微粉的制備方法，其特征是包括以下步驟1)、室溫下，將三氧化二硼和平均粒徑為0. 1 μ m竹炭微粉按照三氧化二硼碳= 2 7的摩爾配比進(jìn)行配料；然后先機(jī)械球磨(原料球磨介質(zhì)的重量比為1 2)2小時(shí)， 再經(jīng)對撞式氣流粉碎球磨(研磨壓力0. 7MPa、分級輪頻率40赫茲)一次，通過上述撞擊、剪 切、摩擦等方式，實(shí)現(xiàn)原料的充分混合和高活性化，制得均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體；2)、將均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體裝入石墨坩堝置于真空燒結(jié)爐中，在2000°C下加熱4小 時(shí)，冷卻后，取出，即得碳化硼微粉。經(jīng)測定，粉體粒徑為0. 1 2um，純度達(dá)99%以上。實(shí)施例2、一種碳化硼微粉的制備方法，其特征是包括以下步驟1)、將竹炭微粉的平均粒徑改成0.3 μ m，其余同實(shí)施例1。2)、將均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體裝入石墨坩堝置于真空燒結(jié)爐中，在2200°C下加熱1小 時(shí)，冷卻后，取出，即得碳化硼微粉。經(jīng)測定，粉體粒徑為0. 1 2um，純度達(dá)99%以上。實(shí)施例3、一種碳化硼微粉的制備方法，其特征是包括以下步驟1)、將竹炭微粉的平均粒徑改成0.5 μ m，其余同實(shí)施例1。2)、將均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體裝入石墨坩堝置于真空燒結(jié)爐中，在2100°C下加熱2小 時(shí)，冷卻后，取出，即得碳化硼微粉。經(jīng)測定，粉體粒徑為0. 1 2um，純度達(dá)99%以上。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā) 明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容 直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種碳化硼微粉的制備方法，其特征是包括以下步驟1)、室溫下，將三氧化二硼和竹炭微粉按照三氧化二硼∶碳＝2∶7的摩爾比進(jìn)行配比，然后進(jìn)行機(jī)械球磨和粉碎，得均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體；2)、將均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體在真空燒結(jié)爐中于2000～2200℃加熱1～4小時(shí)，冷卻后取出，得碳化硼微粉。
1.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硼微粉的制備方法，其特征是所述竹炭微粉的平均粒 徑為0. 1 0. 5 μ m。
2.如權(quán)利要求1或2所述方法制備而得的碳化硼微粉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳化硼微粉的制備方法，包括以下步驟1)室溫下，將三氧化二硼和竹炭微粉按照三氧化二硼∶碳＝2∶7的摩爾比進(jìn)行配比，然后進(jìn)行機(jī)械球磨和粉碎，得均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體；2)將均質(zhì)性復(fù)合前驅(qū)體在真空燒結(jié)爐中于2000～2200℃加熱1～4小時(shí)，冷卻后取出，得碳化硼微粉。本發(fā)明還同時(shí)提供了利用上述方法制備而得的碳化硼微粉。采用本發(fā)明方法制備而得的碳化硼微粉，具有純度高、粒度分布可控的特點(diǎn)。
文檔編號C01B31/36GK101804980SQ20101012722
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者朱林, 楊輝, 郭興忠 申請人:浙江大學(xué)