一种超高温稀土六硼化物粉体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高温稀土六硼化物粉体及其制备方法，制备的稀土六硼化物粉体为具有立方晶相结构的固溶体，其分子式为(Y1‑

【技术实现步骤摘要】
一种超高温稀土六硼化物粉体及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种超高温稀土六硼化物粉体及其制备方法。

技术介绍

[0002]硼化钇具有高硬度、高弹性模量、高熔点和优良的热稳定性等特性，其中最常见的形式是四硼化钇(YB4)和六硼化钇(YB6)。YB4和YB6分别为四方晶体结构和立方晶体结构，且均具有较低的脆性和良好的力学破坏容忍度，有望应用于超高温陶瓷领域，提高陶瓷材料的韧性与延性。与YB4相比，YB6陶瓷在变形过程中更容易形成位错，材料的延性更好。同时，稀土六硼化物还具有功函数低、电导率高、发射电流密度大抗热辐射性强等特点，是电子发射材料、热电材料和超导材料领域的潜在候选材料。因此，YB6等稀土六硼化物应用前景非常广阔。但是，阳离子半径小的YB6高温下结构不稳定，在1700℃以上会分解成YB4。
[0003]近年来，国内外研究学者针对硼化物粉体的制备进行了大量的研究，开发出了许多硼化物粉体的合成方法，主要包括直接反应法、硼热还原法、硼/碳热还原法、金属热还原法、自蔓延高温合成(SHS)法和熔盐电解法等。专利CN103588216A公开了一种硼/碳热还原法低温制备ZrB2粉体的方法，该方法以蔗糖、酚醛树脂、环氧树脂或沥青作为碳源，以ZrO2和B4C分别作为锆源和硼源，在较低温度下即可合成ZrB2粉体。专利CN104827235A公开了一种以Yb2O3和B4C粉体为原料制备出YbB6粉体并原位烧结多孔陶瓷的方法。该专利技术制得的YbB6纯度高，相含量高达100％，无杂质。专利CN102257882A公开了一种以Y2O3和B4C为原料，真空条件下制备YB4粉体的方法，所制得的YB4物相单一，晶粒尺寸为3～10μm，产物纯度高于77.5％。但采用硼/碳热还原法无法获得纯相的YB6，所得粉体中存在大量YB4。专利CN104003727A公开了一种以Mg、Y2O3和B2O3为原料通过自蔓延反应合成YB4‑
YB6复合陶瓷粉末的方法，该专利技术所制备的粉末产物结构不易控制，且得不到纯相的YB6。已发表论文“六硼化钇纳米粒子超导及光吸收性能研究[J].内蒙古师范大学学报(自然科学版),2021,50(03):204
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207.”报道了一种以无水氯化钇(YCl3)和硼氢化钠(NaBH4)为原料，经混合均匀、压制成型后，于真空条件下采用固相煅烧法成功制备出了YB6纳米粒子，但该方法所得粉体中含有副产物YBO3，需经多次酸洗、醇洗才能去除。综合以上制备方法，硼/碳热还原法制备硼化物具有普适性广、可控性强、杂质含量较低，过程简单、效率高等特点，但目前仍无法通过该方法获得纯相YB6粉体。
[0004]而另一种稀土元素Yb的六硼化物YbB6高温结构稳定，且具有与YB6相似的晶体结构。如果在YB6中引入Yb元素，则可形成(Y1‑
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)B6固溶体，利用YbB6的诱导作用，可促进六硼化物的形成并提高其高温稳定性。同时，考虑到YbB6具有弱键合、低剪切模量和高抗热震性等特点，(Y1‑
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)B6固溶体将继承YB6与YbB6优良特性，有望扩大稀土硼化物作为超高温结构材料在极端环境下的应用，为超高温材料的选材设计和性能提升提供指导。但截至目前未见关于纯相(Y1‑
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)B6粉体制备的报道。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种超高温稀土六硼化物粉体及其制备方法，该方法工艺简单、周期短、成本低，所制备的六硼化物粉体元素分布均匀、纯度高、高温结构稳定好。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种超高温稀土六硼化物粉体的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、按照金属元素Y：Yb的摩尔比为(1
‑
x):x，其中，x＝0.1～0.6，称取质量分数6.3％～14.4％的Y(NO3)3·
6H2O、1.7％～11.1％的Yb(NO3)3·
5H2O以及82.6％～83.7％的尿素，溶解在去离子水中，使得溶液中金属离子的总浓度为0.015mol/L；
[0009]步骤二、将步骤一制备的溶液在室温下磁力搅拌2h～4h，然后在70℃水浴中反应2h～4h得到混悬液；将所得混悬液抽滤分离、洗涤后收集，并在60℃～80℃烘箱干燥12h～24h，得到干燥的(Y1‑
x
Yb
x)
(OH)CO3粉体；
[0010]步骤三、在空气气氛下将步骤二制备的(Y1‑
x
Yb
x)
(OH)CO3粉体在700℃～700℃下煅烧4h，然后自然冷却至室温，即可得到稳定均匀的(Y1‑
x
Yb
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)2O3固溶体；
[0011]步骤四、将摩尔分数为75％～76.7％的B4C粉体与步骤三制备的摩尔分数为23.3％～25％的(Y1‑
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)2O3固溶体经球磨混合均匀，再进行干燥、压片，然后在真空下于1550℃～1750℃保温1～4h进行热处理，即得到单相的超高温(Y1‑
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Yb
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)B6粉体。
[0012]本专利技术还具有以下技术特征：
[0013]优选的，步骤二中所述的洗剂为依次用去离子水和乙醇洗涤。
[0014]优选的，步骤四中所述的B4C粉体的平均粒径为0.2～2μm，纯度为77.5％以上。
[0015]优选的，步骤四中所述的球磨方式为湿法辊式球磨，球磨介质为乙醇，磨球为钇稳定氧化锆球。
[0016]进一步的，步骤四中所述的球磨混合时间为8h～30h。
[0017]优选的，步骤四中所述的混合粉体干燥后采用双向加压模压成型，成型压力为10MPa～30MPa。
[0018]本专利技术还保护一种如上所述的方法制备的超高温稀土六硼化物粉体，所得粉体为具有立方晶相结构的固溶体，其分子式为(Y1‑
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Yb
x
)B6，其中x＝0.1～0.6。
[0019]进一步的，所得粉体的平均粒径为0.5～3μm，纯度大于75％，在2000℃以下结构稳定。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0021]本专利技术选用Y(NO3)3·
6H2O、Yb(NO3)3·
5H2O为原料，尿素为沉淀剂，以去离子水为溶剂，采用一锅法和硼/碳热还原法合成(Y1‑
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)B6粉体，所制备的粉体具有元素分布均匀，纯度高，粒径小等特点；
[0022]本专利技术所制备的新型超高温稀土六硼化物(Y1‑
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)B6固溶体，该物质具有优良的热稳定性，在2000℃以下结构稳定；该专利技术扩展了超高温稀土硼化物的组成范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高温稀土六硼化物粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按照金属元素Y：Yb的摩尔比为(1
‑
x):x，其中，x＝0.1～0.6，称取质量分数6.3％～14.4％的Y(NO3)3·
6H2O、1.7％～11.1％的Yb(NO3)3·
5H2O以及82.6％～83.7％的尿素，溶解在去离子水中，使得溶液中金属离子的总浓度为0.015mol/L；步骤二、将步骤一制备的溶液在室温下磁力搅拌2h～4h，然后在70℃水浴中反应2h～4h得到混悬液；将所得混悬液抽滤分离、洗涤后收集，并在60℃～80℃烘箱干燥12h～24h，得到干燥的(Y1‑
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x)
(OH)CO3粉体；步骤三、在空气气氛下将步骤二制备的(Y1‑
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x)
(OH)CO3粉体在700℃～700℃下煅烧4h，然后自然冷却至室温，即可得到稳定均匀的(Y1‑
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x
)2O3固溶体；步骤四、将摩尔分数为75％～76.7％的B4C粉体与步骤三制备的摩尔分数为23.3％～25％的(Y1‑
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)2O3固溶体经球磨混合均匀，再进行干燥、压片，然后在真空下于1550...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虎林，侯慧慧，刘长青，薛云龙，伍媛婷，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：