專利名稱：一種碳化鋯微粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化鋯粉體，尤其是以竹炭微粉為碳源，鋯溶膠為鋯源的碳化微
粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
ZrC作為一種新型的精細(xì)陶瓷原料，其眾多的優(yōu)異性能引起了人們的廣泛關(guān)注。 ZrC具有超高硬度、高耐磨性和優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能，作為強(qiáng)化相能夠直接阻止位錯(cuò)的移動(dòng) 或穩(wěn)定晶界和亞晶界，限制可移動(dòng)位錯(cuò)的滑移或攀移，因而能夠提高材料磨損抗力和強(qiáng)度； 尤其能提高材料高溫蠕變抗力。而且ZrC具有高效吸收可見光、反射紅外線的特性，是理想 的吸熱、蓄熱材料。然而ZrC高昂的價(jià)格大大限制了其應(yīng)用。 目前，制備ZrC的主要方法有機(jī)械合金法、化學(xué)氣相法、原位合成法、燃燒合成法 和碳熱還原反應(yīng)法等。其中傳統(tǒng)的碳熱還原反應(yīng)法由于氧化鋯和碳粉混合方式簡(jiǎn)單，制得 的粉末粒徑較大(一般為幾個(gè)微米以上)，且難以控制。此外，所用設(shè)備復(fù)雜、反應(yīng)溫度高、 所得粉末粒徑大、燒結(jié)性能較差。其他制備ZrC的方法亦難以有效的制備細(xì)小、粒徑可控的 粉體。為此，Mickael Dolle曾用溶膠-凝膠方法對(duì)傳統(tǒng)的碳熱還原反應(yīng)做過(guò)一些改進(jìn)，選 擇含有高反應(yīng)活性的氧化鋯粒子作為鋯源，但由于在碳源的選擇上仍然利用了蔗糖這類高 分子原料，使得反應(yīng)過(guò)于復(fù)雜、產(chǎn)率偏低(產(chǎn)率僅為20% 30%)、有害衍生物殘留、氧污染 嚴(yán)重，影響了這類方法的推廣應(yīng)用。 有關(guān)碳化鋯粉體制備的專利較多，如CN101357762A、 CN101367520A、 US2002197200、 EP2021123 (Al) 、 US2007166546。但這些多采用碳?xì)浠衔?、碳粉為碳源，?竹炭為碳源合成碳化鋯還未見報(bào)道。 目前，竹炭的開發(fā)利用尚處于初級(jí)階段，僅僅局限于其豐富的孔道結(jié)構(gòu)、較高的比 表面積和優(yōu)異的吸附性能，而其較高的碳含量、非定型結(jié)構(gòu)及其中的微量元素都可以充分 利用，另辟蹊徑，從而能更好、更全面地發(fā)展竹炭工業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、原材料成本低廉、收率高的 碳化鋯微粉的制備方法，所得的碳化鋯微粉粒徑均勻可控。 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種碳化鋯微粉的制備方法，依次包括以下 步驟 1)、以粒徑為0. 1 lum的竹炭微粉作為碳源，以二氧化鋯溶膠作為鋯源；
2)、室溫下，將竹炭微粉、分散劑、催化劑分別加入到二氧化鋯溶膠中，攪拌0. 5 4小時(shí)，然后于100 20(TC烘干，研磨成粉，即得碳化鋯前驅(qū)體；竹炭微粉與二氧化鋯的摩 爾比為2.8 3.2 : 1，分散劑與二氧化鋯的摩爾比為0.04 0.06 : l，催化劑與二氧化 鋯的摩爾比為0. 08 0. 12 : 1 ; 3)、將碳化鋯前驅(qū)體置于真空燒結(jié)爐中，在1600 220(TC下加熱1 10小時(shí)；冷卻后，即得碳化鋯微粉。 作為本發(fā)明的碳化鋯微粉的制備方法的改進(jìn)分散劑為羥丙基纖維素或卡莫氟； 催化劑為雙氧水。 在本發(fā)明中，二氧化鋯溶膠可按照2006年7月發(fā)表在《機(jī)械工程材料》"鋯溶膠的 制備、穩(wěn)定及氧化鋯粉體的特性"(2006,30(7) :72-75)進(jìn)行制備。二氧化鋯溶膠的固相含 量為5% 30%。 本發(fā)明的發(fā)明人充分利用了竹炭具有高的比表面積(300 1000m7g)和高的碳 含量(> 90% )的特性，將其作為合成碳化鋯的碳源。 本發(fā)明的碳化鋯微粉的制備方法，克服了現(xiàn)有碳化鋯粉體制備工藝復(fù)雜、粒徑難 控等缺陷，本發(fā)明采用了溶膠凝膠法結(jié)合機(jī)械混合或超聲震蕩方法來(lái)制備碳化鋯微粉，所 得的碳化鋯微粉不僅純度高(達(dá)99%以上)，且粒徑均勻可控(粉體粒徑可為0.5 lum)， 使用時(shí)無(wú)需后續(xù)處理。本發(fā)明的制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單，原材料成本低廉，收率能達(dá)到 50%以上，所得碳化鋯微粉可作為原材料或增強(qiáng)相廣泛應(yīng)用于陶瓷等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述。 實(shí)施例1、一種碳化鋯微粉的制備方法，依次進(jìn)行以下步驟 1)、將質(zhì)量比為1 : 1的無(wú)水乙醇和去離子水組成的混合溶液加入ZrOCl2.8H20 中，配制成Zr"濃度為lmol/L的透明溶液，再加入H202， H202與ZrOCl2. 8H20的摩爾比為5， 攪拌0. 5小時(shí)，充分反應(yīng)后，緩慢滴加1. 5mol/L的氨水(調(diào)節(jié)pH為4)，并快速攪拌，逐漸形 成透明的溶膠，即二氧化鋯溶膠； 2)室溫下，將平均粒徑為0. lum的竹炭微粉、羥丙基纖維素、雙氧水加入到 上述步驟1)所得的二氧化鋯溶膠中，攪拌0.5小時(shí)，置于IO(TC烘箱中烘干，研磨成 粉狀物，即得碳化鋯前驅(qū)體；竹炭微粉、羥丙基纖維素、雙氧水與二氧化鋯的摩爾比為
3 : o. 05 : o. i : i; 3)、將碳化鋯前驅(qū)體置于真空燒結(jié)爐中，在160(TC下加熱10小時(shí)，冷卻后，取出， 即得碳化鋯微粉。所得碳化鋯微粉純度達(dá)99%以上，平均粒徑為0. 1 0. 5um，收率為55X。
實(shí)施例2、一種碳化鋯微粉的制備方法，依次進(jìn)行以下步驟
1)、同實(shí)施例1; 2)、室溫下，將平均粒徑為0. 5um的竹炭微粉、羥丙基纖維素、雙氧水加入到上述 步驟1)所得的二氧化鋯溶膠中，攪拌2小時(shí)，置于15(TC烘箱中烘干，研磨成粉，即為碳化鋯
前驅(qū)體；竹炭微粉、羥丙基纖維素、雙氧水與二氧化鋯的摩爾比為3 : 0.05 : o. i : i; 3)、將碳化鋯前驅(qū)體置于真空燒結(jié)爐中，在180(TC下加熱5小時(shí)，冷卻后，取出，即 得碳化鋯微粉。所得粉體純度達(dá)99%以上，平均粒徑為0. 3 1. Oum，收率為56% 。
實(shí)施例3、一種碳化鋯微粉的制備方法，依次進(jìn)行以下步驟
1)、同實(shí)施例1; 2)、室溫下，將平均粒徑為lum的竹炭微粉、羥丙基纖維素、雙氧水加入到上述步 驟1)所得的二氧化鋯溶膠中，攪拌4小時(shí)，置于20(TC烘箱中烘干，研磨成粉，即為碳化鋯前
驅(qū)體；竹炭微粉、羥丙基纖維素、雙氧水與二氧化鋯的摩爾比為3 : 0.05 : o. i : i;
3)、將碳化鋯前驅(qū)體置于真空燒結(jié)爐中，在220(TC下加熱1小時(shí)，冷卻后，取出，即 得碳化鋯微粉。所得粉體純度達(dá)99%以上，平均粒徑為0. 8 2. Oum，收率為54% 。
實(shí)施例4、一種碳化鋯微粉的制備方法，以卡莫氟替代實(shí)施例1中的羥丙基纖維 素，其余完全同實(shí)施例1。所得粉體純度達(dá)99%以上，平均粒徑為1.0 1.5um，收率為
55%。 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā) 明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容 直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種碳化鋯微粉的制備方法，其特征是依次包括以下步驟1)、以粒徑為0.1～1um的竹炭微粉作為碳源，以二氧化鋯溶膠作為鋯源；2)、室溫下，將竹炭微粉、分散劑、催化劑分別加入到二氧化鋯溶膠中，攪拌0.5～4小時(shí)，然后于100～200℃烘干，研磨成粉，得碳化鋯前驅(qū)體；所述竹炭微粉與二氧化鋯的摩爾比為2.8～3.2∶1，分散劑與二氧化鋯的摩爾比為0.04～0.06∶1，催化劑與二氧化鋯的摩爾比為0.08～0.12∶1；3)、將碳化鋯前驅(qū)體置于真空燒結(jié)爐中，在1600～2200℃下加熱1～10小時(shí)；冷卻后，即得碳化鋯微粉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鋯微粉的制備方法，其特征是所述分散劑為羥丙基纖 維素或卡莫氟；催化劑為雙氧水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳化鋯微粉的制備方法，依次包括以下步驟1)以粒徑為0.1～1μm的竹炭微粉作為碳源，以二氧化鋯溶膠作為鋯源；2)室溫下，將竹炭微粉、分散劑、催化劑分別加入到二氧化鋯溶膠中，攪拌0.5～4小時(shí)，然后于100～200℃烘干，研磨成粉，得碳化鋯前驅(qū)體；3)將碳化鋯前驅(qū)體置于真空燒結(jié)爐中，在1600～2200℃下加熱1～10小時(shí)；冷卻后，即得碳化鋯微粉。采用本發(fā)明的方法制備而得的碳化鋯微粉具有粒徑均勻可控的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/56GK101774807SQ20101011170
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者張玲潔, 楊輝, 沈建超, 郭興忠 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)