專利名稱：六硼化釹的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料制備技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體的說，涉及的是一種六硼化釹的制備方法。
背景技術(shù)：
六硼化釹(NdB6)具備特殊的晶體結(jié)構(gòu)，像CaB6型一樣的簡單立方體結(jié)構(gòu)Nd原子占據(jù)立方體的每個(gè)頂角，正八面體排列的B原子位于立方體中心。NdB6的制備方法包括純元素合成法、化合物還原燒結(jié)法、B還原燒結(jié)法、區(qū)域熔煉法、溶劑法、氣相沉積法等。純元素合成法是以Nd單質(zhì)和B單質(zhì)為原料，按照1∶6的摩爾比進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)直接得到NdB6，這種方法反應(yīng)燒結(jié)時(shí)間一般都超過10個(gè)小時(shí)，且反應(yīng)溫度高，難以在工業(yè)化生產(chǎn)上應(yīng)用。B還原燒結(jié)法是以B單質(zhì)代替還原性化合物起到還原出Nd原子的作用并與其反應(yīng)生成NdB6，但由于B粉價(jià)格較高，所需成本也隨之升高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。通過區(qū)域熔煉法、溶劑法及氣相沉積法，雖然可以得到高質(zhì)量高純度的NdB6材料，但是由于這些方法所需的制備設(shè)備要求較高，且運(yùn)行成本不低，在加上產(chǎn)量小等不足，區(qū)域熔煉法、溶劑法及氣相沉積法一般被應(yīng)用于高品質(zhì)NdB6的單晶材料的制備方面。在惰性氣體的保護(hù)下，按照加熱方式的不同區(qū)域熔煉法又可分為射頻加熱法、電子束加熱法、電弧加熱法和激光加熱法等；溶劑法也是制備單晶NdB6的常用方法，分為鋁助溶劑法和稀土溶劑法兩種，利用仔晶作為導(dǎo)引，從溶液中慢慢析出NdB6；氣相沉積法是利用氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)材料表面上進(jìn)行局部范圍內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，如需完全反應(yīng)，此合成方法所需時(shí)間較長。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Xudong Zhao等人在《Journal of Alloys andCompounds》(合金化合物)，249(1997)247-250，撰文“New route for thesynthesis of boron-rich rare-earth boride NdB6under high pressure andhigh temperature(高溫高壓條件下合成富硼化稀土系六硼化釹的新方法)”，該文介紹了一種高溫高壓條件下制備六硼化釹的方法，探索了六硼化釹制備產(chǎn)業(yè)化的可能性，為以后的研究指明了方向。但該文所采用的方法是在高溫高壓的條件下，以三氧化二釹和硼粉作為原料合成六硼化釹。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，高溫高壓合成條件較難達(dá)到，而以硼粉作為原料則會(huì)大大增加六硼化釹的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種六硼化釹的制備方法，使其具有成本低廉、條件簡易、反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)產(chǎn)物單相性好等優(yōu)點(diǎn)，適合規(guī)模合成六硼化釹。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明選用Nd2O3和B4C為原料，在高溫真空條件下，固相合成六硼化釹粉末。具體包括如下步驟(1)將原料Nd2O3(三氧化二釹)粉末和B4C(碳化硼)粉末置于烘箱中，在200～400℃溫度下進(jìn)行烘干處理2～4小時(shí)，處理過程中無需向烘箱中添加保護(hù)氣體或抽真空。
(2)按照摩爾比1∶3稱量烘干好的Nd2O3粉末和B4C粉末。采用V型混合機(jī)、球磨機(jī)等混合方法將上述粉末混合均勻，采用一種已知的混合方法，無需采取特別的措施，就能夠獲得各種粉末粒子均勻分布的混合粉末。
(3)將上述步驟所得的均勻混合粉末采用模壓成型、冷等靜壓成型等方法制得生坯。生坯形狀大小可自行選擇。
(4)將生坯置于真空燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1400℃～1800℃，真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，燒結(jié)時(shí)間約為2小時(shí)～8小時(shí)，隨爐冷卻即可得到六硼化釹。
本發(fā)明將得到的六硼化釹粉碎，制得成品。本發(fā)明的反應(yīng)方程式為(g)本發(fā)明的主要特點(diǎn)是合成時(shí)間短。根據(jù)反應(yīng)方程式的熱力學(xué)計(jì)算及實(shí)際操作情況，在高溫真空的燒結(jié)條件下，有利于反應(yīng)進(jìn)行。反應(yīng)溫度越高、真空度越小，反應(yīng)完全所需的時(shí)間也就越短。通常采用化合還原制備六硼化釹的合成方法，所需的合成時(shí)間都在10小時(shí)以上，采取本發(fā)明的合成方法根據(jù)所采取的不同燒結(jié)條件最短只需2小時(shí)，最長只需8小時(shí)即可得到純度極高的六硼化釹粉末。
本發(fā)明采用的是化合物還原燒結(jié)法，所采取的燒結(jié)條件容易達(dá)到，對設(shè)備要求不高。與化學(xué)或浮區(qū)熔融合成法相比，本發(fā)明能簡捷、低成本、高效率地制備高純度的六硼化釹粉末，生產(chǎn)周期短，所需生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格低廉、操作簡單，適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將原料Nd2O3粉末和B4C粉末置于烘箱中，在200℃溫度下進(jìn)行烘干處理4小時(shí)，處理過程中無需向烘箱中添加保護(hù)氣體或抽真空。其中Nd2O3粉末純度大于99％，B4C粉末純度大于97％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
稱量烘干好的Nd2O3粉末和B4C粉末(摩爾比1∶3)。將上述粉末采用V型混合機(jī)混合均勻，然后采用模壓成型的方法將上述步驟中的混合粉末壓制成型，得到圓柱狀坯樣(Φ38mm×30mm)。
將坯樣置于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500℃，真空度為10-1Pa，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)，隨爐冷卻即可得到六硼化釹；把得到的六硼化釹進(jìn)行研磨粉碎。
實(shí)施例2將原料Nd2O3粉末和B4C粉末置于烘箱中，在400℃溫度下進(jìn)行烘干處理2小時(shí)，處理過程中無需向烘箱中添加保護(hù)氣體或抽真空。其中Nd2O3粉末純度大于99％，B4C粉末純度大于97％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
稱量烘干好的Nd2O3粉末和B4C粉末(摩爾比1∶3)。將上述粉末采用球磨機(jī)混合均勻，然后采用模壓成型的方法將上述步驟中的混合粉末壓制成型，得到圓柱狀坯樣(Φ30mm×20mm)。
將坯樣置于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400℃，真空度為10-2Pa，燒結(jié)時(shí)間為6小時(shí)，隨爐冷卻即可得到六硼化釹；把得到的六硼化釹進(jìn)行研磨粉碎。
實(shí)施例3將原料Nd2O3粉末和B4C粉末置于烘箱中，在300℃溫度下進(jìn)行烘干處理3小時(shí)，處理過程中無需向烘箱中添加保護(hù)氣體或抽真空。其中Nd2O3粉末純度大于99％，B4C粉末純度大于97％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
稱量烘干好的Nd2O3粉末和B4C粉末(摩爾比1∶3)。將上述粉末采用球磨機(jī)混合均勻，然后采用冷等靜壓的方法將上述步驟中的混合粉末壓制成型，得到圓柱狀坯樣(Φ40mm×15mm)。
將坯樣置于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1800℃，真空度為10-1Pa，燒結(jié)時(shí)間為2小時(shí)，隨爐冷卻即可得到六硼化釹；把得到的六硼化釹進(jìn)行研磨粉碎。
實(shí)施例4將原料Nd2O3粉末和B4C粉末置于烘箱中，在300℃溫度下進(jìn)行烘干處理4小時(shí)，處理過程中無需向烘箱中添加保護(hù)氣體或抽真空。其中Nd2O3粉末純度大于99％，B4C粉末純度大于97％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
稱量烘干好的Nd2O3粉末和B4C粉末(摩爾比1∶3)。將上述粉末采用V型混合機(jī)混合均勻，然后采用冷等靜壓的方法將上述步驟中的混合粉末壓制成型，得到圓柱狀坯樣(Φ25mm×20mm)。
將坯樣置于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450℃，真空度為10-3Pa，燒結(jié)時(shí)間為3小時(shí)，隨爐冷卻即可得到六硼化釹；把得到的六硼化釹進(jìn)行研磨粉碎。
實(shí)施例5將原料Nd2O3粉末和B4C粉末置于烘箱中，在350℃溫度下進(jìn)行烘干處理4小時(shí)，處理過程中無需向烘箱中添加保護(hù)氣體或抽真空。其中Nd2O3粉末純度大于99％，B4C粉末純度大于97％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
稱量烘干好的Nd2O3粉末和B4C粉末(摩爾比1∶3)。將上述粉末采用球磨機(jī)混合均勻，然后采用冷等靜壓的方法將上述步驟中的混合粉末壓制成型，得到圓柱狀坯樣(Φ38mm×15mm)。
將坯樣置于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500℃，真空度為10-3Pa，燒結(jié)時(shí)間為2小時(shí)，隨爐冷卻即可得到六硼化釹；把得到的六硼化釹進(jìn)行研磨粉碎。
權(quán)利要求
1.一種六硼化釹的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將原料Nd2O3粉末和B4C粉末置于烘箱中，進(jìn)行烘干處理；(2)按照摩爾比1∶3稱量烘干好的Nd2O3粉末和B4C粉末混合均勻；(3)將上述步驟所得的均勻混合粉末制得生坯；(4)將生坯置于真空燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1400℃～1800℃，真空度為1×10-1Pa～1×10-3Pa，燒結(jié)時(shí)間為2小時(shí)～8小時(shí)，隨爐冷卻即得到六硼化釹。
2.如權(quán)利要求1所述的六硼化釹的制備方法，其特征是，所述的步驟(1)中，進(jìn)行烘干處理，具體為在200～400℃溫度下進(jìn)行烘干處理2～4小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1所述的六硼化釹的制備方法，其特征是，所述的步驟(2)中，采用V型混合機(jī)或者球磨機(jī)方法將Nd2O3粉末和B4C粉末混合均勻。
4.如權(quán)利要求1所述的六硼化釹的制備方法，其特征是，所述的步驟(3)中，采用模壓成型或者冷等靜壓成型方法制得生坯。
全文摘要
一種六硼化釹的制備方法，屬于材料科制備術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明具體如下選取三氧化二釹粉末和碳化硼粉末；對粉末在200～400℃溫度下進(jìn)行2～4小時(shí)的烘干處理；稱取摩爾比1∶3的三氧化二釹和碳化硼粉末；采用V型混合機(jī)、球磨機(jī)等混合方法將粉末混合均勻；采用模壓成型、冷等靜壓成型等方法將獲得的混合粉末制備出具有預(yù)定外形的生坯；將生坯放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)條件燒結(jié)溫度為1400℃～1800℃，真空度為1×10
文檔編號C01B35/04GK1843929SQ200610026088
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者呂維潔, 劉陽, 張荻, 覃繼寧, 馬鳳倉 申請人:上海交通大學(xué)