[发明专利]一种长棒状硼化铪粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硼化铪粉体技术领域。具体涉及一种长棒状硼化铪粉体及其制备方法。

背景技术

硼化铪基超高温陶瓷因其具有高熔点、优异的抗高温侵蚀性能、优秀的高温力学性能和良好的导电、导热性能，被广泛地应用于航天飞船和再入飞行器的发动机热防护部件、超音速巡航导弹的端头帽、先进核能系统用辐射防护罩以及金属高温熔炼和连铸用电极等重要的高温结构材料领域。当前制备硼化铪陶瓷的主要方法是将硼化铪粉体在高温及高压条件下进行烧结。因此，开发大规模、低成本地制备高质量的硼化铪粉体的新方法，是进一步拓展和深化其应用领域的关键。

此外，在硼化铪陶瓷基体中引入具有各向异性结构和性能强化潜力的增强相是促进其性能优化的有效途径。然而，硼化铪基陶瓷严苛的服役条件不仅极大地限制了其增强相材料的选择范围，而且导致制备工艺复杂化、成本上升及产品结构不均匀等不良效果。鉴于此，通过开发新技术制备具有均匀的棒状结构的硼化铪粉体，将有望通过“自增强”机制大幅度提升烧结产品的综合性能，并且有效地简化工艺流程和降低制备成本。

现有的制备硼化铪粉体方法主要包括热还原法、化学法和单质反应合成法。相较化学法和单质反应合成法，热还原法具有制备效率较高及可控性较好等优点。但现有的热还原法仍需要采用价格昂贵或有毒性的原料以及高合成温度和保温时间长等高能耗条件，而且难以形成均匀的棒状结构：“利用含铪有机物前驱体合成硼化铪粉体材料的制备方法”（CN102557642A）专利技术，采用价格较高的含铪有机物前驱体、葡萄糖以及硼酸作为原料，经1300~1700°C保温1~5小时的热处理得到硼化铪粉体，但未报道其具有棒状结构；“一种制备具有棒状形貌硼化铪粉体的方法” （CN201210506176.5）专利技术，以氧化铪、碳化硼和石墨为原料，先经过球磨和压制成型等预处理过程，再进行1200~1800°C保温0.5~5小时的热处理，得到了棒状颗粒的含量仅为90wt%的硼化铪粉体；“棒状硼化铪粉体的制备工艺” （CN201410116048.9）专利技术，以有毒性的四氯化铪为原料制备棒状氧化铪，通过酚醛树脂裂解和粉碎制备碳粉，再将上述氧化铪和碳粉与碳化硼混合后进行1600~1800°C保温0.5~2小时的热处理，得到了微米径比仅为2倍以上的硼化铪粉体。

综上所述，现有的制备硼化铪粉体的方法普遍存在原料成本高、工艺复杂、制备温度高、制备效率低、不具备均匀的各向异性（棒状）结构、难以工业化生产和污染环境等缺点。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种原料成本低、工艺简单、制备温度低、制备效率高、适合工业化生产且绿色环保的长棒状硼化铪粉体制备方法；采用该方法制备的长棒状硼化铪粉体纯度高、具备均匀的棒状结构、尺寸可控、比表面积大且烧结性能良好。产物具有均匀的各向异性结构和材料性能的强化潜力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

(1)将27~42wt%的氧化铪粉体、8~18wt%的碳化硼粉体、3~9wt%的碳黑粉体、10~27wt%的氯化锂粉体和22~34wt%的氯化钾粉体混合均匀，得到混合物。

(2)将所述混合物装入坩埚，再将所述坩埚装入匣钵内，然后采用碳化硅粉体填充所述匣钵与所述坩埚之间的间隙。

(3)将填充间隙后的匣钵置于微波加热炉内，先抽至真空度为10~50Pa，然后在流动的氩气气氛条件下，以5~50°C/min的升温速率升温至1100~1300°C，保温10~60min，自然冷却，得到粗处理的硼化铪粉体。

(4)将所述粗处理的硼化铪粉体用去离子水清洗3~5次，在真空干燥箱内于65~80°C条件下保温6~12h，即得长棒状硼化铪粉体。

所述氧化铪粉体的纯度为工业级或为分析级，平均颗粒尺寸≤10mm。

所述碳化硼粉体的纯度为工业级或为分析级，平均颗粒尺寸≤30mm。

所述碳黑粉体的纯度为工业级或为分析级，平均颗粒尺寸≤30mm。

所述氯化锂粉体的纯度为工业级或为分析级，平均颗粒尺寸≤100mm。

所述氯化钾粉体的纯度为工业级或为分析级，平均颗粒尺寸≤100mm。

所述碳化硅粉体的纯度为工业级或为分析级，平均颗粒尺寸≤5mm。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果和突出特点：

1.本发明所采用的原料资源丰富且价格低廉，未采用价格昂贵及有毒有害的原料，成本低，工艺过程简单，可满足批量化生产的要求，具有可观的产业化前景。