專利名稱：錳的硼化物的高溫高壓制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種超硬材料錳的硼化物的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及主要組分為二硼化錳 (MnB2)或四硼化三錳(Mn3B4)的錳的硼化物高溫高壓的制備方法。
背景技術(shù)：
超硬材料以其耐高壓、抗磨損、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特性，作為切削、打磨、拋光等加工 工具的材料，作為機(jī)械部件上的抗磨損涂層等，在軍事、工業(yè)等領(lǐng)域有重大用途，是一個(gè)國(guó) 家制造業(yè)的水平的重要體現(xiàn)?，F(xiàn)有的超硬材料金剛石與立方氮化硼的應(yīng)用都有一定的局限 性。尋找新型、多功能的超硬材料一直是材料學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。過(guò)渡族金屬 硼化物是一種潛在的超硬材料，具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)性能。如HfB2，&B2，TiB2具有高硬度 和高的熱導(dǎo)率，而ReB2是已知唯一具有金屬性質(zhì)的超硬材料，其維氏硬度高達(dá)40. 5Gpa。一 般合成過(guò)渡族金屬二硼化物，均需要鋁Al等作為助熔劑，反應(yīng)生成硼化物需要較高的溫度 和較長(zhǎng)的高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)時(shí)間。此外，在單一元素的硼化物中，不同化學(xué)計(jì)量配比的硼可與該 元素形成多種成分的化合物。這些因素不僅造成了制備單一相的硼化物十分困難，還容易 在該化合物中引入除了 Mn與B元素外的雜質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是采用新的制備錳的硼化物材料的方法——高壓合成 方法，該方法不采用任何助熔劑，主要通過(guò)原料的配比、合成溫度和壓力來(lái)調(diào)整錳的硼化物 的材料組分和純度，制備出較高純度的MnB2 ；并且該方法易于實(shí)施。本發(fā)明所述的錳的硼化物主要組分是MnB2 (二硼化錳)或Mn3B4(四硼化三錳)。 本發(fā)明的具體技術(shù)方案時(shí)如下所述。一種錳的硼化物的高溫高壓制備方法，所述的錳的硼化物主要組分是MnB2或 Mn3B4 ；制備方法是以錳粉(Mn)和硼粉(B)為原料，經(jīng)混料壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻 卸壓的工藝過(guò)程制得錳的硼化物材料；所述的混料壓塊，是將錳粉和硼粉按摩爾比1 2 4進(jìn)行混合，按合成腔體大小壓成塊狀；所說(shuō)的組裝，是將塊狀原料裝入加熱容器，放入合 成腔體中；所說(shuō)的高溫高壓合成，是在高壓裝置上進(jìn)行，在壓力為1.0 6. OGPa、溫度為 1300 2000K下保溫保壓10 120分鐘；所述的冷卻卸壓，是停止加熱后自然冷卻至室溫 后卸壓，或者是停止加熱后先保壓3 8分鐘后卸壓，再自然冷卻至室溫。本發(fā)明的合成實(shí)驗(yàn)可以在國(guó)產(chǎn)DS029B型六面頂壓機(jī)上完成。實(shí)驗(yàn)表明，合成壓 力的大小、溫度、原材料的配比是影響MnB2材料相及其純度的重要因素，最佳原料配比是錳 粉和硼粉按摩爾比為1 2. 5;最佳合成壓力范圍為5.0 6. OGPa，最佳合成溫度范圍為 1500 1750K，保溫保壓20 40分鐘。所述的冷卻卸壓，采用停止加熱后先保壓3 8分鐘后卸壓，再自然冷卻至室溫 時(shí)，有利于對(duì)設(shè)備的保護(hù)，減少壓機(jī)的使用時(shí)間，提高壓及使用效率。為了保持樣品腔體溫度均勻性，組裝可以是旁熱式加熱方式；為了使合成MnB2M料及原料在制備中不被氧化，合成腔體內(nèi)可以充氬氣保護(hù)。 本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施；不采用任何(比如金屬鋁等)助熔劑；通過(guò)原料的配 比、合成溫度和壓力來(lái)調(diào)整MnB2或Mn3B4材料的組分及其純度，并制備出較高純度的MnB2。


附圖1是本發(fā)明實(shí)施附圖2是本發(fā)明實(shí)施附圖3是本發(fā)明實(shí)施附圖4是本發(fā)明實(shí)施附圖5是本發(fā)明實(shí)施附圖6是本發(fā)明實(shí)施
J1制備的錳硼化合物X光衍射圖。 J 2制備的錳硼化合物X光衍射圖。 J 3制備的錳硼化合物X光衍射圖。 J 4制備的錳硼化合物X光衍射圖。 J 5制備的錳硼化合物X光衍射圖。 J 6制備的錳硼化合物X光衍射圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例都是在國(guó)產(chǎn)DS029B型六面項(xiàng)壓機(jī)上完成的。實(shí)施例1將分析純的粒度1 5微米的錳粉(Mn)與粒度1 5微米的硼粉(B)按摩爾比 1 2. 5混合，粉壓成型后，將樣品裝入高壓腔體中。組裝腔體中用石墨作加熱管，用葉臘石 做絕緣管，合成壓力為5. 6GPa，溫度1750K，保壓保溫時(shí)間20分鐘，停止加熱后樣品自然冷 卻至室溫后卸壓，此條件制備出純相的MnB2。具體的X光結(jié)果見(jiàn)圖1。實(shí)施例2采用與實(shí)施例1相同的原材料粉，按照按摩爾比1 2混合，粉壓成型后采用實(shí)施 例1的組裝，合成壓力為5. 6GPa，溫度2000K，保壓保溫時(shí)間20分鐘，停止加熱后樣品自然 冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的錳硼化合物主要組分為Mn3B4相，還含有少量的MnB相。 具體的X光結(jié)果見(jiàn)圖2。實(shí)施例3將分析純的平均粒度200納米的錳(Mn)粉與平均粒度200納米的硼⑶粉按摩爾 比1 4混合，粉壓成型后，采用與實(shí)施例1相同的組裝，合成壓力為5. 6GPa，溫度1750K， 保壓保溫時(shí)間20分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的化合物組 分主要為MnB2,同時(shí)含有少量的MnB4相。具體的X光結(jié)果見(jiàn)圖3。實(shí)施例4采用與實(shí)施例1相同的組裝與原材料，合成壓力為5. OGPa，溫度1750K，保壓保溫 時(shí)間20分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的組分主要為MnB2,同 時(shí)含有少量的MnB相和Mn3B4相。具體的X光結(jié)果見(jiàn)圖4。實(shí)施例5采用與實(shí)施例1相同的原材料與組裝方式，合成壓力為6. OGPa，溫度1300K，保壓 保溫時(shí)間20分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的組分主要為 MnB2,同時(shí)含有少量的MnB相和Mn3B4相。具體的X光結(jié)果見(jiàn)圖5。實(shí)施例6采用與實(shí)施例1相同的原材料、組裝方式、合成壓力與溫度，保壓時(shí)間延長(zhǎng)至40分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的組分主要為MnB2,同時(shí)含有少 量的MnB相和Mn3B4相。具體的X光結(jié)果見(jiàn)圖6。實(shí)施例7采用與實(shí)施例1相同的組裝與原材料，合成壓力為1. OGPa，溫度1500K，保壓保溫 時(shí)間20分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的組分主要為MnB2,同 時(shí)含有少量的MnB相和Mn3B4相。實(shí)施例8在實(shí)施例1 7中，保溫保壓時(shí)間可以在10 120分鐘內(nèi)，時(shí)間過(guò)短，影響合成物 中MnB2相的含量，時(shí)間長(zhǎng)也不會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量有更大的提高，反而降低了產(chǎn)品制備的效率。
權(quán)利要求
一種錳的硼化物的高溫高壓制備方法，所述的錳的硼化物主要組分是MnB2或Mn3B4；制備方法是以錳粉和硼粉為原料，經(jīng)混料壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過(guò)程制得錳的硼化物材料；所述的混料壓塊，是將錳粉和硼粉按摩爾比1∶2～4進(jìn)行混合，按合成腔體大小壓成塊狀；所說(shuō)的組裝，是將塊狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中；所說(shuō)的高溫高壓合成，是在高壓裝置上進(jìn)行，在壓力為1.0～6.0GPa、溫度為1300～2000K下保溫保壓10～120分鐘；所述的冷卻卸壓，是停止加熱后自然冷卻至室溫后卸壓，或者是停止加熱后先保壓3～8分鐘后卸壓，再自然冷卻至室溫。
2.按照權(quán)利要求1所述的錳的硼化物的高溫高壓制備方法，其特征在于，所述的混料 壓塊，是將錳粉和硼粉按摩爾比1 2. 5進(jìn)行混合；所述的高溫高壓合成，壓力為5.0 6. OGPa、溫度為1500 1750K下保溫保壓20 40分鐘。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的錳的硼化物的高溫高壓制備方法，其特征在于，所述的組 裝，在合成腔體內(nèi)充氬氣保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明的錳的硼化物的高溫高壓制備方法屬于超硬材料的技術(shù)領(lǐng)域。所述的錳的硼化物主要組分是MnB2或Mn3B4；制備方法是以錳粉和硼粉為原料，經(jīng)混料壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過(guò)程制得錳的硼化物材料；錳粉和硼粉按摩爾比1∶2～4；所說(shuō)的高溫高壓合成，是在壓力為1.0～6.0GPa、溫度為1300～2000K下保溫保壓10～120分鐘。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施；不采用任何助熔劑；通過(guò)原料的配比、合成溫度和壓力來(lái)調(diào)整MnB2或Mn3B4材料的組分及其純度，并制備出較高純度的MnB2。
文檔編號(hào)C01B35/04GK101973559SQ20101050226
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者何志, 劉冰冰, 孟祥旭, 崔田, 朱品文 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)