[发明专利]一种超细富10B二硼化钛粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用作中子吸收材料的富¹⁰B二硼化钛粉体及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

中子吸收材料在核电技术的发展与应用中占有举足轻重的地位，其制作的控制棒、安全棒、调节棒及屏蔽棒等是核反应堆芯组件中仅次于燃料组件的重要功能原件。

B元素具有优异的中子吸收性，其吸收能谱宽，γ射线二次辐射弱，被广泛应用于中子吸收领域。目前，核反应堆多用硼、碳化硼以及硼的金属化合物作为中子吸收材料。

硼有两种同位素，即：¹⁰B和¹¹B。¹¹B不具备中子吸收能力，能吸收中子的¹⁰B在天然硼原料中只占19％左右。因此，¹⁰B的含量直接影响到中子吸收能力的强弱，高丰度的富¹⁰B材料是最为理想的中子吸收剂。

二硼化钛是一种性能优异的新型材料，具有熔点高(2980℃)、硬度大(莫氏硬度为9，显微硬度为2.9GPa)、耐磨、耐腐蚀和抗氧化性好等优点。高丰度的富¹⁰B的二硼化钛材料能兼具优异的机械性能和优良的中子吸收性，它较大的提高了核反应堆中子吸收元件的强度，并在中子吸收防弹装甲的领域中拥有巨大的研发潜力。

关于二硼化钛粉体的合成已有较多的报道。东北大学王兆文等(王兆文,邱竹贤.二硼化钛粉末的研制[J].轻金属,1997(8):28-32.)总结了二硼化钛粉末的研究进展，认为：二硼化钛粉末的制备方法有直接合成法、气相沉积法、金属还原法、碳热还原法、熔盐电解法和溶剂法等，其中直接合成法和气相沉积法是两种获得较高纯度二硼化钛粉体的有效方法。直接合成法是用金属钛和硼直接反应合成二硼化钛，该法具有反应温度较低，反应条件易控以及反应产物较纯的优点，但原料金属钛和硼价格昂贵，不适用于工业批量生产。气相沉积法可得到纯度较高的二硼化钛，但产物产量低、反应时间长，只适用于少量制取和表面镀膜使用。

如何研究一种成本低、纯度高、粒度小、工艺简单的二硼化钛粉体制备方法是国内外学者的研究热点。中国专利文件CN1152091C公开了一种二硼化钛超细粉末的制备方法：将氢化钛与单质硼按1：2的份量球磨混合后制坯，抽真空后于500～750℃下保温0.5～4h，再充氩气至常压点火自蔓延反应生成二硼化钛，最后经球磨达到符合要求粒度的二硼化钛粉体。该方法制得的二硼化钛粉体纯度高且成型性能好，但是批量化生产中面临着工艺繁琐、反应不充分和粒度不均一的生产缺陷。中国专利文件CN1371863A公开了一种二硼化钛纳米粉的制备方法：将平均粒径为5μm的二硼化钛粉末以球料比20:1高能球磨40～50h，于浓盐酸水溶液或浓硝酸、浓磷酸水溶液搅拌30min，静置10min后水洗2～3次，抽滤、烘干即得所需产品。该方法工艺简单、粉末均匀，适宜大规模生产，但其本质是二硼化钛自身的物理粉碎，原料成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种超细富¹⁰B二硼化钛粉体及其制备方法。该法利用富¹⁰B碳化硼、二氧化钛、炭黑和氧化钙为原料，干混均化后在氩气氛围中高温加热，生 成金黄或灰黑色固体后砂磨细化得到黑色富¹⁰B二硼化钛粉体。本发明工艺简单，产物稳定，得到的粉体纯度高，粒径均匀。

术语说明

¹⁰B丰度：本发明中¹⁰B丰度是指终产品二硼化钛粉体中¹⁰B的相对含量，％的单位是原子数百分比，直接用“％”表示；

本发明的技术方案为：

一种超细富¹⁰B二硼化钛粉体，由以下质量百分比的原料成分经混合、煅烧、砂磨、干燥而成：¹⁰B丰度为60％～90％的富¹⁰B碳化硼15～40wt.％，二氧化钛45～75wt.％，炭黑5～15wt.％，氧化钙0.2～1wt.％，各成分用量之和为100％。

根据本发明，优选的，所述超细富¹⁰B二硼化钛粉体，由以下质量百分比的原料成分经混合、煅烧、砂磨、干燥而成：富¹⁰B碳化硼25～35wt.％，二氧化钛50～65wt.％，炭黑8～15wt.％，氧化钙0.3～0.7wt.％，各成分用量之和为100％。