[发明专利]络合溶胶-凝胶技术微波合成二硼化铪纳米粉体的方法

说明书

本发明提供了一种络合溶胶‑凝胶技术微波合成二硼化铪纳米粉体的方法。制备铪源溶液和硼源溶胶，以葡萄糖为络合剂络合硼酸，再加入环氧丙烷与铪盐络合，通过溶胶‑凝胶技术，在较低的合成温度下制备纳米HfB₂粉体。本发明选用氯氧铪作为无机铪源，成本低，毒性小；硼酸作为硼源，并选择多羟基的有机葡萄糖作为络合剂，形成稳定的HfB₂前驱体溶胶。同时葡萄糖也可以作为碳源参与碳热还原反应的进行，不需要引入其它碳源。本工艺制备的粉体颗粒尺寸小，成类球状，分散均匀，合成温度较低，且在较低的B/Hf下得到高纯HfB₂纳米粉体。

技术领域

本发明涉及陶瓷粉体材料领域，特别涉及一种络合溶胶-凝胶技术微波合成二硼化铪纳米粉体的方法。

背景技术

二硼化铪(HfB₂)是超高温陶瓷材料(UHTCS)中高温性能最好的材料之一，具有高熔点(3380℃)，同时具有共价键(B-B)和金属键(Hf-B)，故而具有陶瓷和金属的双重性质，从而具有高硬度、高抗热震性能、高热导率和高电导率等特性，且与铁水接触时有良好的化学惰性，而且有低高温热膨胀系数和低饱和蒸汽压等综合特性。因此成为火箭发动机、超音速飞机、耐火材料以及核控制等极端超高温服役条件下零部件的优选材料，但是难烧结等问题依旧制约着其应用发展。本发明制备的纳米二硼化铪(HfB₂)粉体可以提高其烧结驱动力，降低烧结温度，提高零部件结构强度和抗烧蚀性能。

目前制备HfB₂粉体的方法主要有固相法和液相法两大类。传统制备方法为固相法，固相法主要包括元素直接合成法、高温自蔓延法、碳还原法等。采用固相法制备粉体需要的制备温度较高、合成粉体颗粒尺寸较大、粒度分布不均匀，从而导致粉体烧结活性差，烧结质量差。液相法主要包括水热法、溶胶-凝胶法和气相沉积法等。通过在分子/离子级别的原料混合，使合成的陶瓷粉体化学均匀性高、粒径小、比表面积大，从而有利于降低粉体的烧结温度。其中溶胶-凝胶法是目前制备HfB₂粉体的研究热点，此方法的优点是工艺较为简单，粉体合成温度相对较低，得到粉体的纯度较高，颗粒尺寸小，从而改善陶瓷的烧结特性。

目前虽然能够成功制备出纯度较高的HfB₂粉体，但是在粉体的制备过程中，还存在一些问题，在制备过程中溶胶的稳定性，溶胶-凝胶控制过程等具体步骤还没有系统化，烧结的温度偏高(大多在1500-1800℃左右)，粉体分布不均匀，团聚现象明显等问题依旧存在。另外，目前溶胶-凝胶法采用的铪源分为有机铪源和无机铪源，有机铪源价格高，毒性大；采用的硼源一般是硼酸(H₃BO₃)，而H₃BO₃只是简单的溶解在溶液中，并不参与溶胶网络的构建，从而影响到溶胶分布的均匀性，进一步影响粉体的显微结构，从而对粉体的性能产生较大的影响。

发明内容

本发明提供了一种络合溶胶-凝胶技术微波合成二硼化铪纳米粉体的方法，其目的是为了提供一种成本低、工艺简单、合成温度较低的制备方法，合成粒径小，分散均匀的高纯HfB₂纳米粉体，

为了达到上述目的，本发明提供了一种络合溶胶-凝胶技术微波合成二硼化铪纳米粉体的方法，包括以下步骤：

步骤1，制备铪源溶液：

将HfOCl₂·8H₂0加入乙醇溶剂中溶解，并水浴加热，然后冷却至室温，得到铪源溶液；

步骤2，制备硼源溶胶：

将硼酸和葡萄糖溶解于乙醇中，水浴加热后，冷却至室温，得到硼源溶胶；

步骤3，制备Hf-B混合溶胶：