一種硼化鈮納米粉體的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種硼化鈮納米粉體的制備方法，屬于陶瓷粉體制備【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法首先在熔融鹽環(huán)境中以單質(zhì)硼還原五氧化二鈮，然后通過(guò)用熱水浸潤(rùn)溶解熔鹽及反應(yīng)產(chǎn)生的三氧化二硼得到納米硼化鈮粉體。本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉、合成溫度低(800～1000℃)，合成時(shí)間短(1～4h)，合成粉體純度高，粒徑小等特點(diǎn)。本發(fā)明所得到的硼化鈮納米粉體可用于制備超高溫陶瓷、耐磨材料和超導(dǎo)材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種硼化鈮納米粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷粉體制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種硼化鈮(NbB2)納米粉體的制備方法，其可用于制備超高溫陶瓷、耐磨材料和超導(dǎo)材料。
【背景技術(shù)】
[0002]NbB2具有熔點(diǎn)高、硬度大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、可抵抗熔融金屬侵蝕、具有超導(dǎo)性等特點(diǎn)，可用于制作超高溫結(jié)構(gòu)材料和超導(dǎo)材料，在超高溫、金屬冶煉等極限環(huán)境具有重要的應(yīng)用。
[0003]納米NbB2由于粉體顆粒尺寸小，比微米NbB2粉體具有更高的反應(yīng)活性。使用納米NbB2粉體可有效降低陶瓷材料的燒結(jié)溫度，提高陶瓷的致密度，進(jìn)而提高陶瓷材料的性能。另外，作為增強(qiáng)相，納米粉體比微米粉體具有更強(qiáng)的增韌性。因此合成納米NbB2粉體具有很大的實(shí)用價(jià)值。
[0004]目前，NbB2粉體的合成方法主要有以下四種:(I)直接反應(yīng)法:原料可采用金屬單質(zhì)Nb和單質(zhì)B，也可采用NbCl5和NaBH4,該法合成粉末純度高，但原料昂貴，反應(yīng)過(guò)程激烈，不易控制，所得粉體粒徑分布不均勻；(2)機(jī)械合金法:原料為金屬單質(zhì)Nb和單質(zhì)B，該法工藝簡(jiǎn)單，但耗時(shí)長(zhǎng)，原料昂貴；(3)還原法:以還原劑(B*B4C/*B4C+C*B203+C)在高溫下還原Nb2O5,該法所得粉體粒徑分布均勻，但合成溫度高，合成粉體粒徑較大。如唐竹興等人(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201110136047.7)采用Nb2O5,B4C,B2O3和酚醛樹(shù)脂為原料合成了NbB2粉體，其合成溫度為1350~1900°C，合成時(shí)間6~8h。
[0005]從以上分析可知，目前NbB2粉體的制備方法普遍存在一些不足，極大地限制了NbB2粉體的應(yīng)用。因此，尋求一種工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的NbB2納米粉體的制備方法具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種簡(jiǎn)單有效、低溫制備N(xiāo)bB2納米粉體的方法。
[0007]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟:
[0008](I)首先將鈮源、單質(zhì)硼粉和熔鹽按比例進(jìn)行配比，并放入球磨機(jī)中干磨混合，具體是:將五氧化二鈮與單質(zhì)硼粉按摩爾比為3:22的比例進(jìn)行配比混合，然后加入質(zhì)量為上述混合物I~20倍的熔鹽進(jìn)行混合；所述熔鹽為氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鋰中的一種或幾種混合；
[0009](2)將步驟(1)得到的混合粉體放入剛玉坩堝中，在氬氣保護(hù)下于800~1000°C進(jìn)行熱處理I~4h后自然冷卻到室溫，得到NbB2、B203和熔鹽混合物；
[0010](3)將步驟(2)得到的混合物放入去離子水中，加熱至60~90°C，通過(guò)攪拌溶解反應(yīng)生成的B2O3及熔鹽，然后通過(guò)過(guò)濾分離、水洗、醇洗、干燥等工藝即可得到納米NbB2粉體。
[0011]作為一種優(yōu)化，所述步驟⑴中的熔鹽為NaCl與KCl按摩爾比1:1進(jìn)行配比得到的混合物，該熔鹽的質(zhì)量為Cr2O3與B粉總質(zhì)量的10倍；所述步驟(2)熱處理溫度為1000°C，熱處理時(shí)間為Ih ;所述步驟(3)去離子水加熱至80°C。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果。
[0013](I)本發(fā)明采用的工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需成型過(guò)程，適合規(guī)?；a(chǎn)。
[0014](2)本發(fā)明將傳統(tǒng)的硼熱還原法和熔鹽法有機(jī)地結(jié)合了起來(lái)。單質(zhì)B還原Nb2O5的反應(yīng)方程式為3Nb205+22B = 6NbB2+5B203。由于固相物質(zhì)擴(kuò)散速率慢，原料粉體的混合不均勻會(huì)導(dǎo)致固相反應(yīng)不完全。在傳統(tǒng)硼熱還原法中，為使Nb2O5反應(yīng)完全，B—般會(huì)過(guò)量。另外，為去除殘余的B，必須升高溫度，讓過(guò)量的B與B2O3反應(yīng)生成氣相B2O2,最終獲得純相NbB20因此，在傳統(tǒng)硼熱還原法中，Nb2O5與B的摩爾比為1:9，相應(yīng)反應(yīng)方程式為2Nb205+18B=4NbB2+5B202，反應(yīng)溫度高達(dá)1600°C。在本發(fā)明中，熔鹽的加入給固相反應(yīng)物提供了一個(gè)液相環(huán)境，加速了物質(zhì)的擴(kuò)散，因此無(wú)需B過(guò)量就可完全消耗Nb205。在本發(fā)明中，當(dāng)Nb2O5與B的摩爾比為3:22時(shí)就可獲得NbB2純相，反應(yīng)生成的B2O3可通過(guò)熱水浸潤(rùn)的方法溶出。相比傳統(tǒng)的硼熱還原法，B原料成本降低了 18.5%。另外，熔鹽的引入顯著降低了反應(yīng)溫度，縮短了反應(yīng)時(shí)間。[0015](3)在本發(fā)明中，一方面由于合成溫度僅為800~1000°C，另一方面熔鹽對(duì)所生成NbB2顆粒有一定的阻隔作用，晶粒長(zhǎng)大受到抑制，所制備的NbB2粉體粒徑分布均勻，平均粒徑小于lOOnm。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為實(shí)施例1制得的納米NbB2的X射線衍射(XRD)圖譜。
[0017]圖2為實(shí)施例1制得的納米NbB2的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例1
[0020]稱(chēng)取0.580g 的 Nb2O5,0.173g 的單質(zhì) B 粉，3.348g 的 NaCl, 4.271g 的 KCl，以 ZrO2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，在行星式球磨機(jī)上混合Ih ;再將混合粉體放入剛玉坩堝內(nèi)，放入管式爐中，在Ar氣保護(hù)下加熱至KKKTC并保溫lh，自然冷卻到室溫。將上述混合物浸入去離子水中，加熱至80°C并攪拌0.5h，真空抽濾分離得到沉淀物。將沉淀物用80°C去離子水洗滌兩次后用乙醇洗滌一次，60°C干燥8h后得到納米NbB2粉體。
[0021]圖1為本實(shí)施例所制備的NbB2粉體的XRD圖譜，該圖譜表明，所制備的NbB2粉體為純相，未有其它雜質(zhì)相。
[0022]圖2本實(shí)施例所制備的NbB2粉體的SEM圖譜，圖譜表明，所制備的NbB2粉體的顆粒尺寸均勻，平均粒徑在IOOnm以下。
[0023]比表面積測(cè)試表明，本實(shí)施例所制備N(xiāo)bB2粉體的比表面積為27.09m2/g，對(duì)應(yīng)粉體粒徑為32nm。[0024]實(shí)施例2
[0025]稱(chēng)取0.580g的Nb2O5,0.173g的單質(zhì)B粉，3.766g的NaCl，以ZrO2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，在行星式球磨機(jī)上混合Ih ;再將混合粉體放入剛玉坩堝內(nèi)，放入管式爐中，在Ar氣保護(hù)下加熱至900°C并保溫2h，自然冷卻到室溫。將上述混合物浸入去離子水中，加熱至70°C并攪拌0.5h，真空抽濾分離得到沉淀物。將沉淀物用70°C去離子水洗滌兩次后用乙醇洗滌一次，60°C干燥8h后得到納米NbB2粉體。
[0026]實(shí)施例3
[0027]稱(chēng)取0.580g的Nb2O5,0.173g的單質(zhì)B粉，0.753g的KCl，以ZrO2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，在行星式球磨機(jī)上混合Ih ;再將混合粉體放入剛玉坩堝內(nèi)，放入管式爐中，在Ar氣保護(hù)下加熱至800°C并保溫4h，自然冷卻到室溫。將上述混合物浸入去離子水中，加熱至60°C并攪拌0.5h，真空抽濾分離得到沉淀物。將沉淀物用60°C去離子水洗滌兩次后用乙醇洗滌一次，60°C干燥8h后得到納米NbB2粉體。
[0028]實(shí)施例4
[0029]稱(chēng)取0.580g的Nb2O5,0.173g的單質(zhì)B粉，15.066g的LiCl，以ZrO2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，在行星式球磨機(jī)上混合Ih ;再將混合粉體放入剛玉坩堝內(nèi)，放入管式爐中，在Ar氣保護(hù)下加熱至800°C并保溫2.5h，自然冷卻到室溫。將上述混合物浸入去離子水中，加熱至90°C并攪拌0.5h，真空抽濾分離得到沉淀物 。將沉淀物用90°C去離子水洗滌兩次后用乙醇洗滌一次，60°C干燥8h后得到納米NbB2粉體。
[0030]實(shí)施例5
[0031]稱(chēng)取0.580g的Nb2O5,0.173g的單質(zhì)B粉，7.53g的MgCl2,以ZrO2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，在行星式球磨機(jī)上混合Ih ;再將混合粉體放入剛玉坩堝內(nèi)，放入管式爐中，在Ar氣保護(hù)下加熱至900°C并保溫1.5h，自然冷卻到室溫。將上述混合物浸入去離子水中，加熱至70°C并攪拌0.5h，真空抽濾分離得到沉淀物。將沉淀物用70°C去離子水洗滌兩次后用乙醇洗滌一次，60°C干燥8h后得到納米NbB2粉體。
【權(quán)利要求】
1.一種硼化鈮納米粉體的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將五氧化二鈮與單質(zhì)硼粉按摩爾比為3:22的比例進(jìn)行配比混合，然后加入質(zhì)量為上述混合物I~20倍的熔鹽進(jìn)行混合；所述熔鹽為氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鋰中的一種或幾種混合； (2)將步驟(1)得到的混合粉體放入坩堝中，在氬氣保護(hù)下于800~1000°C進(jìn)行熱處理I~4h后自然冷卻到室溫，得到NbB2、B2O3和熔鹽混合物； (3)將步驟(2)得到的混合物放入去離子水中，加熱至60~90°C，通過(guò)攪拌溶解反應(yīng)生成的B2O3及熔鹽，然后通過(guò)過(guò)濾分離、水洗、醇洗、干燥后即可得到納米NbB2粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的硼化鈮納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的熔鹽為NaCl與KCl按摩爾比1:1進(jìn)行配比得到的混合物，該熔鹽的質(zhì)量為Cr2O3與B粉總質(zhì)量的10倍；所述步驟(2)熱處理溫度為1000°C，熱處理時(shí)間為Ih ;所述步驟(3)去離子水加熱至80°C。
【文檔編號(hào)】C01B35/04GK103950946SQ201410219065
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】冉松林, 孫慧峰, 魏雅男, 汪德文, 周黎明 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)