[发明专利]一种制取难熔金属硼化物粉末的方法

说明书

本发明与难熔金属硼化物的生产方法有关。

难熔金属又称高熔点金属，它包括元素周期表中第四族至第六族的金属。这些金属的硼化物，例如TiB₂、ZrB₂、HfB₂、NbB₂、TaB₂、等金属硼化物，具有高熔点、高硬度、优良的导电、导热性、良好的化学稳定性等特点。它们中最重要的硼化物是TiB₂和ZrB₂，在工业生产中有广泛的应用前景。

由难熔金属氧化物合成难熔金属硼化物粉末，一般需在2000℃或者更高的温度中进行。1960年苏联科学院乌克兰分院出版的Γ.Β.萨玛索诺夫等人合著的《硼及其化合物和合金》一书，介绍了用碳热还原法合成元素周期中第四、五、六族难熔金属硼化物的实验结果，其方法是将难熔金属氧化物（MeO）、B₂O₃、C混合，在感应电炉的石墨坩锅或碳管炉的烧舟中，在1800～2000℃温度下高温合成。合成的TiB₂的纯度（Me+B）达94.0%。1967年，美国专利US3351428公开了一种制取难熔金属硼化物类似方法。该方法将100份（重量）TiO₂，92份（重量）B₂O₃，75份（重量）碳和少量煤油粘结剂混合均匀，然后将混合料挤压成约6英寸长、轴向带中心孔的圆筒状料坯，再将料坯装入管状石墨容器中，容器进入1850～2250℃的加热区中通过高温反应合成TiB₂粉末。产品中残留的B₂O₃用热水洗涤，可得纯度大于95%的TiB₂粉末。如果，将ZrO₂、B₂O₃和碳的混合物挤压成中心通孔的空心体，采用制取TiB₂粉的类似方法，可得纯度大于95%的ZrB₂粉末。此外，美国专利US2973247和US2964388公开了一种首先制备氢氧化钛（或氢氧化锆），再与碳黑、硼酸混合成浆料，经200～250℃烘干、研磨成粉料后，在1350～1750℃的惰性气氛下焙烧合成硼化钛（或硼化锆）粉末。诸如上述方法，一般工艺复杂、生产效率低、能耗高、生产成本高，因而长期阻碍着难熔金属硼化物的推广应用。

为寻找一种工艺简单、生产效率高、能耗低、生产成本低的难熔金属硼化物的生产方法，以便在工业生产中广泛推广应用，由此提出了本发明。

本发明的技术方案，是将按一定配比的难熔金属氧化物（MeO）、硼酸或硼酸酐、碳黑和少量添加剂组成的干料混合均匀，装入石墨或耐火材料容器中，装好混合料的容器被置于带还原气氛的工业窑炉的1450～1600℃的余热区中加热反应，或将容器置于碳热（碳管、碳粒、碳布）炉中加热反应，在1450～1600℃温度范围内保温1～2小时后冷却出炉，再从容器中取出蜂窝状的产品，碾碎筛分制得难熔金属硼化物（MeB₂）粉末。

本发明所要制取的难熔金属硼化物，它包括元素周期表中第四族至第六族的有关元素，例如第四族的钛、锆、铪、第五族的钒、铌、钽，第六族的铬、钼、钨等难熔金属元素。考虑其用途，优先制取TiB₂、ZrB₂、HfB₂、NbB₂、TaB₂等金属硼化物。制取难熔金属硼化物的合理配比，是根据生成金属硼化物的化学反应式的摩尔比，其中硼酐或硼酸过量30～60%，碳黑过量3～6%，再加占混合料总重量的0.5～2.5%的单一卤化物或复合卤化物。将其混合均匀后，装入反应容器并置于工业窑炉1450～1600℃的保温余热区与工业窑炉主产品的生产周期同步进行;或将容器置于碳热炉中加热反应，在1450～1600℃温度范围内保温1～2小时，冷却出炉碾碎，便制得合格的难熔金属硼化物（MeB₂）粉末。