專利名稱：一種¹⁰B二硼化鋯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及先進(jìn)陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種ltlB 二硼化鋯及其制備方法。
背景技術(shù)：
10B 二硼化鋯具有高熔點(diǎn)、高硬度、高導(dǎo)熱率、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，10B 二硼化鋯中的、 具有較高的中子俘獲截面，俘獲能譜寬，吸收中子后不產(chǎn)生放射性同位素，二次射線能量低 的特性，應(yīng)用在核反應(yīng)堆中作為可燃毒物。用此作原料，制成的濺射靶件，用作反應(yīng)堆內(nèi)部 組件。硼有兩種天然同位素，即為ltlB和"B。在自然界天然硼礦物中，ltlB的豐度為19.6% (at.原子，下同)，其余為"B豐度80. 4% (at.)?，F(xiàn)在，大連博恩坦科技有限公司可以提供 各種豐度的、化合物，kiB豐度可達(dá)99% (at.)的純kiB化合物產(chǎn)品，這樣就有條件制備高 10B豐度的ltlB 二硼化鋯產(chǎn)品，滿足科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的需要。國內(nèi)外有關(guān)以其他體系的二硼化鋯制備的文獻(xiàn)已見報(bào)道。如由天然硼或天然硼化 合物同鋯或鋯化合物制備二硼化鋯，所研究的工藝方法有多種，固相法，包括單質(zhì)鋯與單質(zhì) 硼合成法、硼氫化鋯固相分解法、碳熱金屬熱還原法、自蔓延燃燒合成法和電化學(xué)合成法， 還有氣相法和機(jī)械化學(xué)法等。這諸多方法中，研究性質(zhì)的多，發(fā)表論文的多，真正投入生產(chǎn) 的少。其原因在于用途少用量少。再者，由于科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)發(fā)展的階段局限性，如ltlB和 11B同位素的有效分離技術(shù)是近些年的事，因此不可能有l(wèi)tlB 二硼化鋯產(chǎn)品的制備?，F(xiàn)在，核 電站在全世界興建方興未艾，核技術(shù)對特殊材料的要求越來越多，質(zhì)量要求越來越高，催生 10B 二硼化鋯的工業(yè)制備。本發(fā)明就是在這樣的時代要求下產(chǎn)生出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種ltlB 二硼化鋯及其制備方法。本發(fā)明的iqB 二硼化鋯中的含量大于98wt9i)，B2O3含量小于0. 3wt%,游離硼 含量小于1. 3襯％，游離碳含量小于lWt%/°B豐度為25 99% (at.)，余量為不可避免的雜 質(zhì)；
本發(fā)明的、二硼化鋯的制備方法，是將二氧化鋯或脫給二氧化鋯、不同豐度的kiB碳 化硼和高純石墨粉為原料，經(jīng)球磨、混料、高溫爐反應(yīng)等工序，得到kiB 二硼化鋯，化學(xué)反應(yīng) 方程式為2&02+B4C+3C=2&B2+4C0 。具體按如下步驟進(jìn)行
(1)按質(zhì)量份數(shù)，將二氧化鋯或脫給二氧化鋯70 75份，kiB豐度25 99% (at.) 的碳化硼19 22份，石墨粉5 9份混合，組成混合物料，然后將其裝入分散砂磨機(jī)中，并 加入混合物料質(zhì)量5 10倍的無水乙醇作分散劑，使用氧化鋯磨球，球磨時間2 5小時， 得到乙醇混合粉料；
(2)將乙醇混合粉料置于干燥箱中，在100° C溫度下干燥60分鐘，至乙醇全部蒸發(fā)， 得到干燥的混合粉料；(3)將干燥的混合粉料加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護(hù)，常壓下升溫至 1350 1450° C，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1750 1850° C，保持60 120分鐘后， 停止加熱，隨爐冷卻至室溫后經(jīng)篩選，得到富kiB 二硼化鋯產(chǎn)品；
其中原料二氧化鋯或脫給二氧化鋯的純度為99. 9wt%，粒度d5Q<l μ m ；10B碳化硼中kiB 豐度為25 99% (at.)，碳化硼含量>95wt% ；石墨粉純度99. 8wt%,粒度d5(1<4 μ m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)及其有益效果是
1.本發(fā)明制備的、二硼化鋯粉體結(jié)晶度好，粉體中位粒徑d5(l< 4μ m，在制備過程中 原料kiB豐度不降低。本發(fā)明的kiB 二硼化鋯粉體可用在核反應(yīng)堆中作為可燃毒物。用此 作原料，制成的濺射靶件，用作反應(yīng)堆內(nèi)部組件；
2.本發(fā)明制備工藝中的配料，采用kiB碳化硼過理論量，高純石墨粉低于理論量的配料 方法，能保證制備的產(chǎn)品kiB 二硼化鋯中的有害雜質(zhì)碳?xì)埩袅窟_(dá)到很低，小于1%，實(shí)測只有 0. 5% ；
3.本發(fā)明制備工藝中的高溫反應(yīng)過程，氬氣保護(hù)，常壓操作，能避免負(fù)壓操作使細(xì)粉原 料操作損失，避免將粉料抽入真空系統(tǒng)，造成真空系統(tǒng)失效；
4.本發(fā)明制備工藝中的高溫反應(yīng)，采用兩階段升溫制度，與以往的報(bào)道明顯不同，充分 利用在1350-1450° C溫度下，碳化硼與二氧化鋯的固相反應(yīng)，生成&B2、B2O3和⑶，產(chǎn)生 的B2O3在第二階段1750-1850° C高溫下，與高純石墨粉反應(yīng)生成ZrB2,由于碳化硼是過量 的，石墨粉是低于理論量的，就可以達(dá)到盡量消耗碳，多余的B2O3在產(chǎn)品的后續(xù)處理中很容 易除去。


圖1是實(shí)施例1的產(chǎn)品的X射線衍射圖(XRD)； 圖2是實(shí)施例1的產(chǎn)品的二硼化鋯檢測粒度分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述的實(shí)施 例
實(shí)施例中所得產(chǎn)品的性能測定方法如下
(1)通過常規(guī)的X射線衍射圖(XRD)測試所得二硼化鋯粉體的晶相，并計(jì)算其純度；
(2)粒度的測定是通過激光粒度分析儀實(shí)現(xiàn)；
(3)10B豐度，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定；
下述實(shí)施例中采用的設(shè)備分別為型號2009K070中頻感應(yīng)爐(100KW)，DGT-30/23電熱 鼓風(fēng)干燥箱，SDF400分散砂磨機(jī)。實(shí)施例1
制備、豐度為25% (at.) 二硼化鋯，所用原料為二氧化鋯，純度99. 9wt%,粒度 d50<l μ m,為市售產(chǎn)品；10B碳化硼，iqB豐度25wt%(at.)，碳化硼含量95wt%,粒度d50<10 μ m， 大連博恩坦科技有限公司提供；高純石墨粉，純度99. 8wt%，粒度d5(l<4ym，為市售產(chǎn)品； 制備步驟如下
(1)按質(zhì)量份數(shù)，將二氧化鋯72份，kiB豐度25% (at.)的碳化硼22份，石墨粉6份混合，組成混合物料，然后將其裝入分散砂磨機(jī)中，并加入混合物料質(zhì)量5倍的無水乙醇作分 散劑，使用氧化鋯磨球，球磨時間2小時，得到乙醇混合粉料；
(2)將乙醇混合粉料置于干燥箱中，在100°C溫度下干燥60分鐘，至乙醇全部蒸發(fā)， 得到干燥的混合粉料；
(3)將干燥的混合粉料加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護(hù)，常壓下升溫至 1400° C，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1850° C，保持60分鐘后，停止加熱，隨爐冷卻至 室溫后經(jīng)篩選，得到富kiB 二硼化鋯產(chǎn)品；
由圖1可見，制備所得到的粉體為&B2相，kiB 二硼化鋯中ZrB2的含量98. 5wt%,B203 含量小于0. 3wt%，游離硼小于1. 3wt%，游離碳<lwt%,10B的豐度為25% (at.)，余量為不可 避免的雜質(zhì)；
由圖2可見，二硼化鋯產(chǎn)品的中位粒徑d5(1=8. 63 μ m。實(shí)施例2
制備kiB豐度為65% (at.) 二硼化鋯，所用原料為脫給二氧化鋯，純度99. 9wt%，粒度 d50<l μ m為市售產(chǎn)品；10B碳化硼，iqB豐度65%(at.)，碳化硼含量95. 6wt%,粒度d50<10 μ m， 大連博恩坦科技有限公司提供；高純石墨粉，純度99. 8wt%，粒度d5(l<4ym，為市售產(chǎn)品；
制備步驟如下
(1)按質(zhì)量份數(shù)，將脫給二氧化鋯75份，kiB豐度65% (at.)的碳化硼20份，石墨粉5 份混合，組成混合物料，然后將其裝入分散砂磨機(jī)中，并加入混合物料質(zhì)量7倍的無水乙醇 作分散劑，使用氧化鋯磨球，球磨時間5小時，得到乙醇混合粉料；
(2)將乙醇混合粉料置于干燥箱中，在100°C溫度下干燥60分鐘，至乙醇全部蒸發(fā)， 得到干燥的混合粉料；
(3)將干燥的混合粉料加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護(hù)，常壓下升溫至 1350° C，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1750° C，保持120分鐘后，停止加熱，隨爐冷卻 至室溫后經(jīng)篩選，得到富kiB 二硼化鋯產(chǎn)品；
制備所得的、二硼化鋯中&B2的含量98. 3wt%, B2O3含量小于0. 3wt%,游離硼小 于1. 3wt%，游離碳<1襯％，、的豐度為65%(at.)，余量為不可避免的雜質(zhì)，二硼化鋯中位粒 徑 d50=9. 36 μ m。實(shí)施例3
制備kiB豐度為99% (at.) 二硼化鋯，所用原料為二氧化鋯，純度99. 9wt%，粒度 d50<l μ m為市售產(chǎn)品；10B碳化硼，iqB豐度99% (at.)，碳化硼含量95. 6wt%,粒度d50<10 μ m， 大連博恩坦科技有限公司提供；高純石墨粉，純度99. 8wt%，粒度d5(l<4ym，為市售產(chǎn)品；
制備步驟如下
(1)按質(zhì)量份數(shù)，將二氧化鋯70份，kiB豐度99% (at.)的碳化硼21份，石墨粉9份混 合，組成混合物料，然后將其裝入分散砂磨機(jī)中，并加入混合物料質(zhì)量10倍的無水乙醇作 分散劑，使用氧化鋯磨球，球磨時間3小時，得到乙醇混合粉料；
(2)將乙醇混合粉料置于干燥箱中，在100°C溫度下干燥60分鐘，至乙醇全部蒸發(fā)， 得到干燥的混合粉料；
(3)將干燥的混合粉料加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護(hù)，常壓下升溫至 1450° C，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1800° C，保持90分鐘后，停止加熱，隨爐冷卻至室溫后經(jīng)篩選，得到富kiB 二硼化鋯產(chǎn)品；
制備所得的、二硼化鋯中&B2的含量98. lwt%, B2O3含量小于0. 3wt%，游離硼小于 1. 3wt%，游離碳<1^%，"^的豐度為99% (at.)，余量為不可避免的雜質(zhì)，二硼化鋯中位粒徑 d50=7. 92 μ m0
權(quán)利要求
1.一種iqB 二硼化鋯，其特征在于其中的含量大于98wt9i)，B2O3含量小于0. 3wt%, 游離硼含量小于1. 3襯％，游離碳含量小于lWt%/°B豐度為25 99% (at.)，余量為不可避 免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ltlB二硼化鋯的制備方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行(1)按質(zhì)量份數(shù)，將二氧化鋯或脫給二氧化鋯70 75份，10B豐度25 99%(at.) 的碳化硼19 22份，石墨粉5 9份混合，組成混合物料，然后將其裝入分散砂磨機(jī)中，并 加入混合物料質(zhì)量5 10倍的無水乙醇作分散劑，使用氧化鋯磨球，球磨時間2 5小時， 得到乙醇混合粉料；(2)將乙醇混合粉料置于干燥箱中，在100°C溫度下干燥60分鐘，至乙醇全部蒸發(fā)， 得到干燥的混合粉料；(3)將干燥的混合粉料加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護(hù)，常壓下升溫至 1350 1450° C，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1750 1850° C，保持60 120分鐘后， 停止加熱，隨爐冷卻至室溫后經(jīng)篩選，得到富ltlB 二硼化鋯產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的kiB二硼化鋯的制備方法，其特征在于原料二氧化鋯或脫給 二氧化鋯的純度為99. 9wt%,粒度d5Q<l ym;10B碳化硼中iqB豐度為25 99% (at.),碳化 硼含量>95wt% ；石墨粉純度99. 8wt%,粒度d5(1<4 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種10B二硼化鋯及其制備方法。將二氧化鋯或脫鉿二氧化鋯70～75份，10B豐度25-99%(at.)的碳化硼19～22份，高純石墨粉5～9份，以無水乙醇作分散劑，使用氧化鋯球磨混合2～5小時。將乙醇混合粉料在100°C下，使乙醇全部蒸發(fā)。將混合粉料加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，充入氬氣保護(hù)，升溫至1350～1450°C，保溫60分鐘；而后，繼續(xù)升溫至1750～1850°C，保持60～120分鐘后，停止加熱。所制備的10B二硼化鋯中ZrB2的含量大于98%，三氧化二硼含量小于0.3%，游離硼小于1.3%，游離碳<1%，粒度d50≤10μm，10B豐度為25-99%(at.)。
文檔編號C04B35/58GK102115331SQ20111005979
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者吳旭光, 曹寶勝, 韓曉輝 申請人:大連博恩坦科技有限公司