CN112250080B - 一种两步制备难熔金属硼化物的方法 - Google Patents
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Abstract
一种两步制备难熔金属硼化物的方法，属于无机非金属材料领域。难熔金属硼化物通常都具备高熔点、高硬度、不错的耐磨性以及良好的抗氧化性等特点，当前工业制备难熔金属硼化物的方法存在产品纯度低、粒度大和制备成本高等问题。通常此类金属的单质粉末制备不易，且价格较高。本方法使用难熔金属氧化物、碳质还原剂、碳化硼和金属钙为原料，先经高温碳热还原反应，再经过一定条件的高温硼化反应生成相应的难熔金属硼化物，最终反应产物经酸浸去除可溶性杂质，再经过滤、漂洗、干燥，获得高纯难熔金属硼化物。本发明是一种新的合成难熔金属硼化物粉体的方法，其优点在于：方法具备普遍的适用性，反应产物纯度高，成本低且产品粒度可控，易于规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域，公开了一种两步制备难熔金属硼化物的方法，尤其涉及了以难熔金属氧化物、碳质还原剂、碳化硼和金属钙为原料制备难熔金属硼化物的方法。
背景技术
难熔金属硼化物因其特殊的化学键结构通常具有高熔点、高硬度，不错的导电导热性、较高的抗蚀能等特点，是一类可应用于极端服役条件下的材料。难熔金属硼化物可用作热屏蔽材料、陶瓷装甲、特种刀具、耐磨陶瓷等。已有大量的难熔金属硼化物粉末制备方法被提出，如直接元素合成法、硼热还原法、碳热还原法、镁热还原法、电解法和气相合成法等。但这些方法往往不能兼顾经济性、可靠性和高产品质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种以难熔金属氧化物、碳质还原剂、碳化硼和金属钙为原料，制备难熔金属硼化物的方法。
一种两步制备难熔金属硼化物的方法，具体制备步骤如下：
(1)、根据不同种类的目标硼化物产物，将碳质还原剂和难熔金属氧化物按化学反应计量比(碳质还原剂也可过量)配料混合；
(2)、在惰性气氛的保护下，将(1)中获得的混合粉体原料在高温炉中进行反应，此过程可选择在真空条件下进行；
(3)、将(2)中煅烧得到的反应产物与碳化硼和金属钙按反应计量比进行配料(金属钙可过量)，并混合均匀；
(4)、将(3)中混合均匀的物料，再置于惰性气氛的保护下的高温炉中进行反应；反应后的产物经酸浸、过滤、漂洗、烘干得到难熔金属硼化物。
进一步地，所述难熔金属氧化物为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr各种价态氧化物，所述碳质还原剂包括且不限于石墨、炭黑、活性炭、石油焦，所述碳化硼为各种硼碳化合物包括且不限于B4C、B13C2。
进一步地，当使用不同粒度的原料，如不同粒度难熔金属氧化物或超细碳质原料，即可制备出不同粒度等级的难熔金属硼化物。
进一步地，步骤(2)所述的高温碳热还原反应过程，为1200～1800℃下保温2～8小时。
进一步地，步骤(4)所述的高温反应过程，为1000～1500℃下保温2～6小时。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明本采用难熔金属氧化物、碳质还原剂、碳化硼和金属钙为原料，原料均为一般的冶金和化工产品、原料成本低；
(2)本发明可生产根据不同种类的过渡族金属硼化物进行配料比例的调整，方法具备普遍性。
(3)本发明可生产根据不同粒度级别的过渡族金属硼化物进行原料的选择，方法灵活方便。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
(1)将某难熔金属氧化物粉末(TiO2、ZrO2、HfO2、V2O3、Nb2O5、Ta2O5和Cr2O3)和石墨按碳过量20％的反应计量比进行称量配料，混合均匀。
(2)在氩气保护气氛下，将(1)中获得混合物置于坩埚中在1800℃下真空处理4小时。
(3)将(2)中反应产物与B4C按反应计量比混合均匀、并加入过量20％反应计量比的金属钙；
(4)在氩气保护气氛下，将(3)中获得混合物置于坩埚中在1300℃下处理4小时。
(5)保温结束，反应产物在氩气气氛中冷却至室温，反应产物经酸浸过滤、漂洗、烘干得到难熔金属硼化物。
实施例二：
(1)将某难熔金属氧化物粉末(TiO2、ZrO2、HfO2、V2O3、Nb2O5、Ta2O5和Cr2O3)和炭黑按碳过量20％的反应计量比进行称量配料，混合均匀。
(2)在氩气保护气氛下，将(1)中获得混合物置于坩埚中在1500℃下真空处理4小时。
(3)将(2)中反应产物与B4C按反应计量比混合均匀、并加入过量20％反应计量比的金属钙；
(4)在氩气保护气氛下，将(3)中获得混合物置于坩埚中在1300℃下处理4小时。
(5)保温结束，反应产物在氩气气氛中冷却至室温，反应产物经酸浸过滤、漂洗、烘干得到难熔金属硼化物。
实施例三：
(1)将某纳米难熔金属氧化物粉末(TiO2或ZrO2)和炭黑按碳过量20％的反应计量比进行称量配料，混合均匀。
(2)在氩气保护气氛下，将(1)中获得混合物置于坩埚中在1500℃下真空处理4小时。
(3)将(2)中反应产物与B4C按反应计量比混合均匀、并加入过量20％反应计量比的金属钙；
(4)在氩气保护气氛下，将(3)中获得混合物置于坩埚中在1200℃下处理4小时。
(5)保温结束，反应产物在氩气气氛中冷却至室温，反应产物经酸浸过滤、漂洗、烘干得到超细难熔金属硼化物。
Claims (4)
1.一种两步制备难熔金属硼化物的方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
(1)、根据不同种类的目标硼化物产物，将碳质还原剂和难熔金属氧化物，按化学反应计量比配料混合；
(2)、在惰性气氛的保护下，将(1)中获得的混合原料在高温炉中进行碳热还原反应，此过程选择在真空条件下进行；
(3)、将(2)中煅烧得到的反应产物与碳化硼和金属钙按反应计量比进行配料，并混合均匀；
(4)、将(3)中混合均匀的物料，再置于惰性气氛的保护下的高温炉中进行硼化反应；反应后的产物经酸浸、过滤、漂洗、烘干得到难熔金属硼化物；
所述难熔金属氧化物为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr各种价态氧化物，所述碳质还原剂包括且不限于石墨、炭黑、活性炭、石油焦、生物质碳，所述碳化硼是包括且不限于B4C、B13C2的硼碳化合物。
2.根据权利要求1所述的一种两步制备难熔金属硼化物的方法，其特征在于，当使用不同粒度的原料，如不同粒度难熔金属氧化物或不同粒度的碳质还原剂，即可制备出不同粒度等级的难熔金属硼化物。
3.根据权利要求1所述的一种两步制备难熔金属硼化物的方法，其特征在于，其中步骤(2)所述的高温碳热还原反应过程，是在1200～1800℃下保温2～8小时。
4.根据权利要求1所述的一种两步制备难熔金属硼化物的方法，其特征在于，步骤(4)所述硼化反应为，1000～1500℃下保温2～6小时。
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