一种三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法，是以硼酸和氧化铪为原料，通过溶胶辅助机械研磨的方法制得。本发明专利技术的制备过程简单、不涉及复杂的反应过程、不需要特殊仪器和药品、生产周期短、原料价格低，且所制备的硼化铪粉体具有较高的纯度和均匀良好的微观形貌，能够为大规模合成超高温陶瓷材料提供技术基础和商业化的潜力。供技术基础和商业化的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法


[0001]本专利技术属于超高温陶瓷粉体制备
，具体涉及一种三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法。

技术介绍

[0002]超高温陶瓷(UHTCs)，具有极高的熔点、高杨氏模量、高硬度和高导热性，被用于再入飞行器热防护材料和其他高温隔热领域中。尤其是硼化铪(HfB2)粉体，由于高熔化温度、出色的耐磨性和耐腐蚀性，使其成为高超声速航天飞行器中使用的潜在候选材料。然而陶瓷纳米材料的性能和应用受其形貌影响较大，因此可控地合成各种颗粒形态的纳米结构显得十分重要。
[0003]目前，超高温陶瓷粉体主要作为第二相掺杂形成复合材料使用，常规的硼化物陶瓷粉体为颗粒状或片状，在后续成型的应用过程中往往需要增韧，提高比表面积，以改善其力学性能，克服复合材料力学性能和烧结能力不足的缺陷。而硼化铪粉体除无规则形态外以球型、棒状为主，制备出具有三维结构和大的比表面积的中空管状结构硼化铪粉体具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种三维中空管状结构HfB2粉体的制备方法。该方法只含单种组分，操作简单、反应过程容易控制、生产周期比较短，所制备的硼化铪粉体具有很高的纯度和均匀良好的微观形貌，为实现高性能、高强度的超高温复合陶瓷材料的制备提供了技术基础。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、将硼酸和山梨醇的混合粉末倒入乙酸中，恒温搅拌至完全溶解，获得混合液A；
[0008]步骤2、将氧化铪加入混合液A中，继续恒温搅拌均匀，获得混合液B；
[0009]步骤3、将所述混合液B放置于油浴环境中充分搅拌发泡，使其凝胶化，获得硼化铪前驱体；
[0010]步骤4、将步骤3所得硼化铪前驱体放入高温煅烧炉中煅烧，得到三维中空管状结构硼化铪粉体。
[0011]进一步地，步骤1中，硼酸和山梨醇的摩尔比为1：0.2
‑
0.5。
[0012]进一步地，步骤1中，恒温搅拌的温度为70
‑
90℃，搅拌方式为磁力搅拌，转速为50
‑
400rpm。
[0013]进一步地，步骤2中氧化铪与步骤1中硼酸的摩尔比为1：2.5
‑
6。
[0014]进一步地，步骤2中，恒温搅拌的温度为70
‑
90℃，搅拌方式为磁力搅拌、转速为50
‑
400rpm，搅拌时间4
‑
8h。
[0015]进一步地，步骤3中，搅拌发泡的油浴温度为120
‑
150℃，搅拌时间为2
‑
6h。
[0016]进一步地，步骤4中，所述煅烧是以高纯氩气作为保护气，煅烧温度为1500
‑
1700℃、时间为30
‑
180min。
[0017]已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0018]1、本专利技术提供的溶胶辅助机械研磨制备硼化铪粉体的方法，制备过程简单、不涉及复杂的反应过程、不需要特殊仪器和药品、生产周期短、原料价格低，且所制备的硼化铪粉体具有较高的纯度和均匀良好的微观形貌，基于其能够大规模合成具有高韧性、轻量化等力学性能的超高温陶瓷材料，具有商业化、产业化的潜力。
[0019]2、本专利技术的方法所制得的纳米粉体材料化学成分均一，在XRD图谱中不显示任何杂质峰，具有较高的纯度，无需二次处理，可以直接使用。
[0020]3、本专利技术的方法所制得的三维中空管状结构HfB2粉体具有均匀、良好的微观形貌，管状硼化铪的分支长2
‑
10μm，平均直径约1
‑
3μm，管壁厚度100nm
‑
3μm，各管状结构之间的夹角分布范围为20
°‑
60
°
。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0022]图1中(a)
‑
(c)本专利技术实施例1所制备的三维中空管状结构HfB2粉体在不同放大倍数下的扫描电镜照片，(d)为XRD图谱。
[0023]图2中(a)
‑
(b)本专利技术实施例2所制备的三维中空管状结构HfB2粉体在不同放大倍数下的扫描电镜照片，(c)为XRD图谱。
[0024]图3中(a)
‑
(b)本专利技术实施例3所制备的三维中空管状结构HfB2粉体在不同放大倍数下的扫描电镜照片，(c)为XRD图谱。
[0025]图4中(a)
‑
(b)本专利技术实施例4所制备的三维中空管状结构HfB2粉体在不同放大倍数下的扫描电镜照片，(c)为XRD图谱。
具体实施方式
[0026]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0027]下述实施例中磁力搅拌器的搅拌转速皆为400rpm。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供一种溶胶辅助机械研磨法制备三维中空管状结构硼化铪粉体的方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1、称取3.1g(0.05mol)硼酸和2.4g(摩尔量为0.013mol)山梨醇放入同一烧杯中混合，然后向其中倒入10mL乙酸(分析纯)，并利用油浴磁力搅拌器使其逐渐升温至70℃，
恒温磁力搅拌至硼酸和山梨醇完全溶于乙酸，溶液完全澄清，获得混合液A。
[0031]步骤2、称取2g氧化铪(摩尔量为0.01mol)加入混合液A中，利用油浴磁力搅拌器使其升温至80℃，恒温磁力搅拌4h，获得混合液B。
[0032]步骤3、将混合液B转移至130℃油浴环境下保温搅拌4h，使其发泡继而凝胶化，制得硼化铪前驱体。
[0033]步骤4、将硼化铪前驱体直接装进石墨坩埚中，放入高温管式炉内，以高纯氩气(Ar≥99.999％)作为保护气，以5℃/min的速率从室温升温至1550℃，保温60min，最后自然冷却至室温，从而制得三维中空管状结构硼化铪粉体。
[0034]实施例2
[0035]本实施例提供一种溶胶辅助机械研磨法制备三维中空管状结构硼化铪粉体的方法，包括以下步骤：
[0036]步骤1、称取1.8g(摩尔量为0.029mol)硼酸和2.0g(摩尔量为0.011mol)山梨醇放入同一烧杯中混合，然后向其中倒入10mL乙酸(分析纯)，并利用油浴磁力搅拌器使其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将硼酸和山梨醇的混合粉末倒入乙酸中，恒温搅拌至完全溶解，获得混合液A；步骤2、将氧化铪加入混合液A中，继续恒温搅拌均匀，获得混合液B；步骤3、将所述混合液B放置于油浴环境中充分搅拌发泡，使其凝胶化，获得硼化铪前驱体；步骤4、将步骤3所得硼化铪前驱体放入高温煅烧炉中煅烧，得到三维中空管状结构硼化铪粉体。2.如权利要求1所述的三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法，其特征在于：步骤1中，硼酸和山梨醇的摩尔比为1：0.2
‑
0.5。3.如权利要求1所述的三维中空管状结构硼化铪粉体的制备方法，其特征在于：步骤1中，恒温搅拌的温度为70
‑
90℃，搅拌方式为磁力搅拌，转速为50
‑
400rpm。4.如权利要求1所述的三维中空管状结构硼化铪粉体的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，王振，胡小晔，黄竹林，李昕扬，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：