[发明专利]燃烧法制备超细碳化硼粉

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料和纳米材料制备领域，具体的是涉及一种燃烧法制备超细碳化硼粉。

背景技术

1858年发现碳硼化合物，1934年认定碳化硼是唯一稳定的碳硼化合物^[1]，从此碳化硼材 料受到广泛关注和研究。碳化硼的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是近于 恒定的高温硬度是其他材料无可比拟的。同时碳化硼还具有质量轻(2.52g/cm³)、高熔点、较 低的膨胀系数、耐腐蚀性强、耐磨损、耐冲击、吸收中子性能特点^[2]，广泛用作研磨和磨削 材料、减磨和自润滑材料、特种耐酸和碱浸蚀材料以及原子反应堆控制和屏蔽材料。

按照GB/T2481.1-1998，碳化硼产品的粗磨粒标号F4至F220粒径范围5600～63μm。按 照GB/T2481.2-1998细磨粒标号F230至F1200粒径中值为53.0±3.0～3.0±0.5μm。碳化硼粗粉 和结晶块尺寸大于1000μm。所以，一般称碳化硼细微粉为10～1000μm，超细粉为0.1～10μm， 亚微粉为0.1～1μm，纳米粉1～100nm。

我国年产碳化硼8000吨左右，是世界低品质碳化硼生产基地和出口国。低品质碳化硼世 界生产中心逐渐转移到我国，造成资源和能源的的消耗和高污染。辽宁牡丹江市碳化硼产业， 已形成较大规模，拥有30家生产厂，产品80％出口，占国际同类产品40％份额。牡丹江金 刚钻碳化硼精细陶瓷有限公司碳化硼块体和粉体产量号称亚洲第一，世界第二。黑龙江丹峰 磨料模具集团公司和大连金玛科技产业有限公司也有较大产量和出口量。

我国缺少亚微-超细范围(0.1～10μm)高品质碳化硼原料。我国碳化硼纳米粉也有生产，但 市场需求极少。我国缺少亚微-超细碳化硼的原因，是由于冶炼的碳化硼结晶块不仅纯度低、 要将它发展成高性能应用的部件很困难，需要经过许多加工与提纯，生产成本大大提高。

目前碳化硼的制备方法主要有电弧炉及碳管炉碳热还原法、高温自蔓延合成法、激光化 学气相反应法、溶胶-凝胶碳热还原法等^[3]。近几年对碳化硼的研究有很大的突破和进展，但 是还是很难解决超细碳化硼产品技术难题。碳化硼超细粉现在是通过气流粉碎和分级方法制 得，由于粉碎难度大，分级获得的超细粉不仅产量小，而且含游离碳等杂质成份很高，游离 碳含量高达5～10％，产品质量较差。

此前有报道采用聚乙烯醇和硼酸溶液混合得到白色絮状B-C化合物先驱体，然后将先驱 体加热至800℃焙烧，最后将得到的多孔状黑色固体进行球磨后得到粒径均在3μm以下的碳化 硼[4]。汤华国^[5]等人将采用B₂O₃、Mg粉和C的混合料加入高能球磨罐中，氩气保护下密封， 球磨2-4小时，再将球磨过的混合粉料装入铁坩埚中，氩气保护下在马沸炉中反应合成碳化硼。 韦进全^[5]等人以碳纳米管为模板，通过加热碳纳米管与硼粉的混合物，获得了笔直的硼碳纳 米线。WANG Ling-sen^[6]等人对以管式炉碳热还原法制得的平均粒度为20.4μm的碳化硼粉进 行了气流粉碎得到碳化硼粉末。这些报道与本发明涉及的方法也是完全不同。

参考文献

[1]唐国宏，张兴华，陈昌麒.碳化硼超硬材料综述[J].材料导报，1994，4：69-72

[2]裴立宅，肖汉宁，祝宝军，谭伟.碳化硼粉末及其复相陶瓷的研究现状与进展[J].稀有金 属与硬质合金，2004.12第四期第32卷

[3]章晓波，刘宁.碳化硼材料的性能、制备与应用[J].硬质合金，2006，3第一期第23卷

[4]乔英杰，刘爱东，张晓红.低温合成碳化硼的方法＝PVA-硼酸前驱体800℃焙烧，球磨. 专利号200710144486.6

[5]汤华国，马贤峰；赵伟；阎学伟碳化硼粉末的制备方法＝B2O3-Mg-C，510-1000℃燃烧. 专利号02130961.2

[6]WANG Ling-sen，FANG Yin-chu，YIN Ban-yao.Mechanism of air flow attrition of boron carbide powder[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2003年03期。