本發(fā)明涉及一種碳化硼粉體的制備方法。

背景技術(shù)：
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碳化硼以其優(yōu)異的物理化學(xué)性能在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。碳化硼最突出的性能就是其超高硬度，在自然界中，其硬度僅次于金剛石及立方氮化硼，大約為35～45GPa；由于碳化硼研磨效率高，被作為研磨介質(zhì)應(yīng)用于特殊材料的磨細(xì)工藝中，例如寶石、陶瓷、刀具、軸承、硬質(zhì)合金等硬質(zhì)材料的磨削、鉆孔及拋光等；碳化硼的另一個(gè)重要性能是具有較高的中子吸收能力，由于碳化硼造價(jià)低，不產(chǎn)生放射性同位素，二次射線能量低，而且耐腐蝕，熱穩(wěn)定性好，并且碳化硼中子吸收能力可以通過添加元素硼(B)而獲得進(jìn)一步改善，因此在核反應(yīng)堆用材料中越來(lái)越受到重視；密度小、高溫強(qiáng)度好，碳化硼的理論密度為2.52g·cm^-3，特別適合在輕質(zhì)防護(hù)裝甲中使用；碳化硼化學(xué)性質(zhì)也很優(yōu)良，常溫下不與酸堿和絕大多數(shù)無(wú)機(jī)化合物反應(yīng)，是最穩(wěn)定的化合物之一，其良好的耐酸堿性，也被應(yīng)用在石油化工、鋼構(gòu)部件的焊接以及水泵轉(zhuǎn)軸中的密封材料等領(lǐng)域；碳化硼還可以作為硼化物制造的原料，也可以作為固體燃料使用。因此，摸索適當(dāng)工藝，獲得高純度、細(xì)粒度的碳化硼粉體，進(jìn)而制備致密碳化硼材料成為超硬材料學(xué)界的熱門課題。

目前碳化硼的制備方法除了傳統(tǒng)的碳熱還原法外主要還有直接合成法、自蔓延高溫合成法、化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械化學(xué)合金化法等。這些方法存在的主要問題包括：1.粉末粒度大，需要大量的破碎處理工序，設(shè)備要求高；2.易引入氧化鎂(MgO)、鐵(Fe)等雜質(zhì)，且含量較高，因此常常伴隨著酸洗等工藝步驟，使得制備的過程比較復(fù)雜，且產(chǎn)物的純度不高；3.某些方法耗能過大，原料(如：硼)成本較高等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明正是針對(duì)上述問題，提供了一種工藝過程簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)雜質(zhì)，制備的碳化硼純度高，還可根據(jù)需要，在反應(yīng)的不同階段，制取薄膜、纖維或塊狀等功能材料的一種制備碳化硼粉體的前驅(qū)體反應(yīng)法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，具體的制備方法為，

1、將有機(jī)物碳源和硼源按照1～12:1的重量比混合；

2、制備前驅(qū)體

將步驟(1)得到的物料在25～250℃下恒溫加熱并攪拌0.5h～5h，得到脫水縮合產(chǎn)物，其中攪拌速度為500～1500r/min；

3、第一次升溫處理

將前驅(qū)體以1～100℃/min的升溫速率升溫至100-300℃，在該溫度恒溫加熱0.5h～15h；

4、第二次升溫處理

繼續(xù)以1～100℃/min的升溫速率升溫至300-500℃，在該溫度恒溫加熱0.5h～15h；

5、第一次降溫處理

接著以1～100℃/min的速率降溫至25℃并粉碎；

6、第三次升溫處理

將粉體以1～100℃/min的升溫速率升溫至500-800℃，在該溫度恒溫加熱0.5h-15h；

7、第二次降溫處理

將物料以1～100℃/min的速度降溫至25℃并粉碎；

8、第四次升溫處理

將粉體以1～30℃/min的升溫速率升溫至1100-2500℃，在該溫度恒溫加熱0.5h～10h；

9、第三次降溫處理

將物料以1～100℃/min的速度降溫至25℃得到碳化硼粉體。

所述的有機(jī)碳源為丙三醇、乙二醇、葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚乙烯醇、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸中的一種以上。

所述的硼源為硼酸。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明解決了傳統(tǒng)碳化硼制備過程能耗大，產(chǎn)品純度低等問題。尤其可有效降低物料粉碎的難易程度及提高產(chǎn)品的收率，制備出純度更高，粒徑更小的碳化硼。

附圖說明：

圖1為實(shí)施例1制得的碳化硼的SEM照片。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1

稱取400克的甘油和50克的硼酸，在100℃下恒溫?cái)嚢杓訜?h，攪拌速度為900r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照20℃/分鐘的升溫速率升溫至180℃，在該溫度恒溫加熱10小時(shí)；接著按照20℃/分鐘的升溫速度升溫至400℃，在該溫度恒溫加熱4小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照15℃/分鐘的速度降溫至25℃并粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照8℃/分鐘的升溫速度升溫至600℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照15℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至1400℃，在該溫度恒溫加熱5小時(shí)；最后繼續(xù)按照5℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

由圖1可知，碳化硼粒徑為5μm左右。

實(shí)施例2

稱取800克的甘油，40克的乙二醇和70克的硼酸在130℃下恒溫?cái)嚢杓訜?h，攪拌速度為1100r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照10℃/分鐘的升溫速率升溫至230℃，在該溫度恒溫加熱4小時(shí)；接著按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至350℃，在該溫度恒溫加熱2小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照7℃/分鐘的速度降溫至25℃并粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至550℃，在該溫度恒溫加熱1小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照7℃/分鐘 的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照5℃/分鐘的升溫速度升溫至1350℃，在該溫度恒溫加熱2.5小時(shí)；最后繼續(xù)按照7℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

碳化硼粒徑為2μm左右。

實(shí)施例3

稱取300克的乙二醇和250克的硼酸，在140℃下恒溫?cái)嚢杓訜?.5h，攪拌速度為800r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照6℃/分鐘的升溫速率升溫至240℃，在該溫度恒溫加熱2小時(shí)；接著按照6℃/min的升溫速度升溫至500℃，在該溫度恒溫加熱2小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照1℃/分鐘的速度降溫至25℃并粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照6℃/分鐘的升溫速度升溫至750℃，在該溫度恒溫加熱1小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照1℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至1200℃，在該溫度恒溫加熱7小時(shí)；最后繼續(xù)按照2℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

實(shí)施例4

稱取500克的甘油，80克的酒石酸和200克的硼酸在160℃下恒溫?cái)嚢杓訜?h，攪拌速度為1000r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照3℃/分鐘的升溫速度升溫至230℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；接著繼續(xù)按照3℃/分鐘的升溫速度升溫至400℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照15℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照3℃/分鐘的升溫速度升溫至750℃， 在該溫度恒溫加熱1小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照15℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至1800℃，在該溫度恒溫加熱5小時(shí)；最后繼續(xù)按10℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

實(shí)施例5

稱取400克的甘油，50克的酒石酸和150克的硼酸在110℃下恒溫?cái)嚢杓訜?.5h，攪拌速度700r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照11℃/分鐘的升溫速度升溫至245℃，在該溫度恒溫加熱10小時(shí)；接著繼續(xù)按照11℃/分鐘的升溫速度升溫至425℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照10℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照11℃/分鐘的升溫速度升溫至550℃，在該溫度恒溫加熱5.5小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照10℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照4℃/分鐘的升溫速度升溫至1250℃，在該溫度恒溫加熱4小時(shí)；最后繼續(xù)按照10℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

實(shí)施例6

稱取400克聚合度為500的聚乙烯醇和100克的硼酸在150℃下恒溫?cái)嚢杓訜?.5h，攪拌速度900r/分鐘，得到縮合產(chǎn)物；將縮合產(chǎn)物按照5℃/分鐘的升溫速度升溫至250℃，在該溫度恒溫加熱4小時(shí)；接著繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至450℃，在該溫度恒溫加熱4小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照5℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照15℃/分鐘的升溫速度升溫至625℃，在該溫度恒溫加熱1小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照5℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照20℃/分鐘的升溫速度升溫至1300℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；最后繼續(xù)按照5℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

案例7

稱取200克的聚乙烯醇，10克的丙三醇和50克的硼酸在160℃下恒溫?cái)嚢杓訜?.5h，攪拌速度1200r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照6℃/分鐘的升溫速度升溫至290℃，在該溫度恒溫加熱3.5小時(shí)；接著繼續(xù)按照6℃/分鐘的升溫速度升溫至400℃，在該溫度恒溫加熱3.5小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照30℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照6℃/分鐘的升溫速度升溫至650℃，在該溫度恒溫加熱1小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照30℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至1200℃，在該溫度恒溫加熱7小時(shí)；最后繼續(xù)按照1℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

案例8

稱取200克的聚乙烯醇，15克的琥珀酸和50克的硼酸在140℃下恒溫?cái)嚢杓訜?h，攪拌速度1200r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照8℃/分鐘的升溫速度升溫至220℃，在該溫度恒溫加熱1小時(shí)；接著繼續(xù)按照8℃/分鐘的升溫速度升溫至300℃，在該溫度恒溫加熱5小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照2℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照8℃/分鐘的升溫速度升溫至800℃， 在該溫度恒溫加熱1.5小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照2℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照8℃/分鐘的升溫速度升溫至1500℃，在該溫度恒溫加熱5小時(shí)；最后繼續(xù)按照2℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

案例9

稱取200克的聚乙烯醇，20克的酒石酸和50克的硼酸在150℃下恒溫?cái)嚢杓訜?.5h，攪拌速度1100r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照4℃/分鐘的升溫速度升溫至230℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；接著繼續(xù)按照4℃/分鐘的升溫速度升溫至380℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照5℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照4℃/分鐘的升溫速度升溫至700℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照5℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照14℃/分鐘的升溫速度升溫至1375℃，在該溫度恒溫加熱6.5小時(shí)；最后繼續(xù)按照5℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

案例10

稱取100克的蔗糖，10克琥珀酸，90克甘油和20克的硼酸在160℃下恒溫?cái)嚢杓訜?.5h，攪拌速度1200r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照15℃/分鐘的升溫速度升溫至220℃，在該溫度恒溫加熱2小時(shí)；接著繼續(xù)按照1℃/分鐘的升溫速度升溫至400℃，在該溫度恒溫加熱5小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照5℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照15℃/分鐘的升溫速度升溫 至600℃，在該溫度恒溫加熱3.5小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照5℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至1500℃，在該溫度恒溫加熱2小時(shí)；最后繼續(xù)按照1℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

案例11

稱取200克的檸檬酸，10克的乙二醇和25克的硼酸在160℃下恒溫?cái)嚢杓訜?小時(shí)，攪拌速度1200r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照3℃/分鐘的升溫速度升溫至200℃，在該溫度恒溫加熱3小時(shí)；接著繼續(xù)按照3℃/分鐘的升溫速度升溫至350℃，在該溫度恒溫加熱5小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照9℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照3℃/分鐘的升溫速度升溫至550℃，在該溫度恒溫加熱2.5小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照9℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照12℃/分鐘的升溫速度升溫至1475℃，在該溫度恒溫加熱2.5小時(shí)；最后繼續(xù)按照9℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

案例12

稱取200克的葡萄糖和25克的硼酸在180℃下恒溫?cái)嚢杓訜?小時(shí)，攪拌速度1200r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照20℃/分鐘的升溫速度升溫至275℃，在該溫度恒溫加熱6小時(shí)；接著繼續(xù)按照20℃/分鐘的升溫速度升溫至550℃，在該溫度恒溫加熱6小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照4℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照20℃/分鐘的升溫速度升溫至700℃，在該溫 度恒溫加熱6小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照3℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照10℃/分鐘的升溫速度升溫至1250℃，在該溫度恒溫加熱2小時(shí)；最后繼續(xù)按照3℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。

案例13

稱取300克的蔗糖和50克的硼酸在180℃下恒溫?cái)嚢杓訜?小時(shí)，攪拌速度1200r/分鐘，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體按照11℃/分鐘的升溫速度升溫至330℃，在該溫度恒溫加熱3.5小時(shí)；接著繼續(xù)按照11℃/分鐘的升溫速度升溫至400℃，在該溫度恒溫加熱3.5小時(shí)；在第二次升溫處理后，將物料按照10℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照11℃/分鐘的升溫速度升溫至550℃，在該溫度恒溫加熱3.5小時(shí)；第三次升溫處理后，將物料按照10℃/分鐘的速度降溫至25℃粉碎；粉碎處理以后，繼續(xù)按照4℃/分鐘的升溫速度升溫至1300℃，在該溫度恒溫加熱5小時(shí)；最后繼續(xù)按照10℃/分鐘的降溫速度降溫至25℃，得到碳化硼粉體。