專利名稱：一種硼化鋯-碳化鋯復(fù)相材料及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硼化鋯一碳化鋯(ZrB2-ZrC)復(fù)相材料及其用途， 屬于結(jié)構(gòu)陶瓷材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
ZrB2和ZrC都具有高熔點(diǎn)，高模量，高硬度，高的熱導(dǎo)率和電 導(dǎo)率，無相變和良好的抗熱震性能，成為高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用的潛在候選材 料。相比ZrC來說，ZrB2具有較好中低溫抗氧化能力，相比ZrB2， ZrC在電學(xué)和抗中子輻射方面有優(yōu)勢，因此如果能夠結(jié)合兩方面材料 的優(yōu)點(diǎn)，新的復(fù)相材料的發(fā)展有望用于耐火材料、電極材料和核控制 材料。
目前，工業(yè)上制備ZrB2和ZrC粉體多采用固相法和氣相法，由 于其原料采用微米級粉體，制備的粉體粒徑比較大，燒結(jié)活性差。而 粉體的超細(xì)化能夠提高燒結(jié)過程中驅(qū)動力，改善微觀結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械 性能，因此超細(xì)復(fù)合粉體的制備受到廣泛的重視。
液相法特別是溶膠-凝膠法在制備過程中形成無定形的亞穩(wěn)相， 反應(yīng)接觸面積大，是低溫制備超細(xì)粉體的常用方法，通常用來制備氧 化物粉體、薄膜和纖維以及其他玻璃相等。但目前對碳化物、硼化物
的液相法制備研究較少。Preiss等(Preiss H et al. J Mater Sci., 1998, 33(19): 4697-4706)采用鈦和鋯的醇鹽溶膠-凝膠法制備出TiC和ZrC 的纖維和薄膜。Sacks等(Sacks, et al. J. Mat. Sci., 2004,39(9): 6057-6066)利用鋯和鉿的醇鹽作為Zr的來源，多元醇類作為C的來 源制備出ZrC粉體，粒徑在50 130nm。硼化物粉體的液相法研究很 少，目前僅有Chen禾Q Gu等(Chen LY, Gu YL, et al. J alloy compd, 2004, 368(1-2) : 353-356， Scripta Mater" 2004， 50 (7): 959-961)利用水 熱法，以ZrCU， HfCU和NaBH4為反應(yīng)物，在500 700。C制備出ZrB2 和Hffi2納米粉體，但產(chǎn)量小，僅作為實(shí)驗(yàn)室研究。
ZrB2， ZrC陶瓷具有很強(qiáng)的共價鍵特性，工業(yè)化合成的粉體燒結(jié) 活性比較差，常壓燒結(jié)困難；目前復(fù)相陶瓷的制備采用簡單的粉體直 接混合法，相均勻性比較差；醇鹽溶膠-凝膠法雖然成功制備出ZrC 粉體，但是本身存在著缺點(diǎn)。醇鹽比較昂貴，且有少量毒性，本身在 高溫惰性氣氛下存在一定的裂解碳量，因此C/Zr， C/B/Zr不易確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采用液相法制備得到一種硼化鋯一碳化鋯復(fù) 相材料。
本發(fā)明的硼化鋯一碳化鋯復(fù)相材料，其中ZrC含量在占總重量的 20wt%~80wt%，且連續(xù)可調(diào)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的
首先將氧氯化鋯溶于乙醇和水配成的混合溶液內(nèi)，氧氯化鋯的濃度約為0.2 lmol/L，乙醇和水的體積比為3:1 5:1。按選定的硼鋯比 的量將硼酸加入到混合溶液中，加入聚乙二醇作為分散劑，濃度為 0.5 2wt%，用20 50vol。/。濃度的稀氨水滴定，調(diào)節(jié)pH為3 5時形成 氧化鋯溶膠，然后加入10 80voP/。的酚醛樹脂溶液，形成二元溶膠， 繼續(xù)用20 50voin/。濃度氨水滴定，直至形成凝膠，然后將凝膠干燥， 而后烘干，研磨，過篩得前驅(qū)粉體，最后在1300 160(TC下在真空 或惰性氣氛中進(jìn)行熱處理0.5 3小時得到復(fù)合粉體。
本發(fā)明提供的硼化鋯一碳化鋯復(fù)相材料，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的
(1) 粉體粒徑小，分布均勻，比表面積大。
(2) 制備溫度比較低，反應(yīng)速度快。
(3) 復(fù)相材料中通過調(diào)節(jié)H3BCb的量，就可以制備出ZrC含量
在20wte/o 80wte/()之間可調(diào)。
(4) 通過改變ZrC的含量，就可以使材料在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中 得到廣泛的應(yīng)用。如在作為電極材料的起始原料時，ZrC的含量控制 在50wtM左右，作為耐火材料的起始原料時，ZrC的含量控制在20wt。/。 左右，作為電極材料的起始原料時，ZrC含量控制在80wt。/。左右。


圖1:液相法制備硼化鋯一碳化鋯復(fù)相材料的流程圖 圖2: 150(TC煅燒lh得到復(fù)合粉體的XRD圖(其中復(fù)合粉體中 ZrC理論含量為50wt%)。
圖3: 1500"C煅燒lh制備的硼化鋯一碳化鋯復(fù)相材料的SEM照
片(從圖中可以看出，粉體具有一定的團(tuán)聚，平均粒徑在200nm以 下)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
將41.16g氧氯化鋯溶于500ml乙醇與水體積比為4: 1的混合溶 液，攪拌使其溶解。加入12.36g硼酸混合均勻，并加入4.80g聚乙二 醇作為分散劑，然后滴加25voP/。的稀氨水，調(diào)節(jié)pH至3左右，形成 氧化鋯溶膠。加入23.28g酚醛樹脂(殘?zhí)剂考s為50%，濃度為50vol%) 配成混合溶膠。繼續(xù)滴加氨水，使其凝聚。將凝膠轉(zhuǎn)移至球磨罐，以 氧化鋯為球磨子球磨24h，在8(TC下干燥12小時，得到粉末前驅(qū)體。 在150(TC下煅燒1小時得到硼化鋯一碳化鋯復(fù)合粉體，復(fù)合粉體中 ZrC理論含量為20wt%， XRD圖中明顯看出ZrB2和ZrC相存在，不 存在其他中間相。(見圖2)從SEM照片中看出粉體分散較為均勻， 平均粒徑在50 200nm左右。(見圖3)
實(shí)施例2:
將49.99g氧氯化鋯溶于500ml乙醇與水體積比為4: 1的混合溶 液，攪拌使其溶解。加入12.36g硼酸混合均勻，并加入4.90g聚乙二 醇作為分散劑，然后滴加25vol。/。的稀氨水，調(diào)節(jié)pH至3左右，形成 氧化鋯溶膠。加入26.55g酚醛樹脂(殘?zhí)剂考s為50%，濃度為50vol%) 配成混合溶膠。繼續(xù)滴加氨水，使其凝聚。將凝膠轉(zhuǎn)移至球磨罐，以
氧化鋯為球磨子球磨24h，在8(TC下干燥12小時，得到粉末前驅(qū)體。 在150(TC下煅燒1小時得到硼化鋯一碳化鋯復(fù)合粉體，復(fù)合粉體中 ZrC理論含量為50wt%。
實(shí)施例3:
將58.81g氧氯化鋯溶于500ml乙醇與水體積比為4: 1的混合溶 液，攪拌使其溶解。加入12.36g硼酸混合均勻，并加入5.40g聚乙二 醇作為分散劑，然后滴加25voP/。的稀氨水，調(diào)節(jié)pH至3左右，形成 氧化鋯溶膠。加入29.83g酚醛樹脂(殘?zhí)剂考s為50%，濃度為50vol%) 配成混合溶膠。繼續(xù)滴加氨水，使其凝聚。將凝膠轉(zhuǎn)移至球磨罐，以 氧化鋯為球磨子球磨24h，在8(TC下干燥12小時，得到粉末前驅(qū)體。 在150(TC下煅燒1小時得到硼化鋯一碳化鋯復(fù)合粉體，復(fù)合粉體中 ZrC理論含量為80wt%。
權(quán)利要求
1、一種硼化鋯-碳化鋯復(fù)相材料，包括硼化鋯和碳化鋯兩相材料。
2、 按權(quán)利要求1所述的一種硼化鋯一碳化鋯復(fù)相材料，其特征 在于碳化鋯含量占總重量的20wt%~80wt%，且連續(xù)可調(diào)。
3、 按權(quán)利要求1和2所述的一種硼化鋯—碳化鋯復(fù)相材料電極 材料和耐火材料的起始原料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硼化鋯-碳化鋯復(fù)相材料，屬于結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域，本發(fā)明的ZrB₂-ZrC復(fù)合材料中，ZrC的含量在20wt％～80wt％，且連續(xù)可調(diào)，復(fù)合粉體粒度小于200nm，成型和燒結(jié)性能優(yōu)異，能夠作為常壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)的起始原料，有望在電極材料，耐火材料得到廣泛的應(yīng)用。
文檔編號C04B35/56GK101186503SQ20071017170
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者劉學(xué)建, 董紹明, 閆永杰, 黃政仁 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所