專利名稱：鉬的硼化物的高溫高壓制備方法
鉬的硼化物的高溫高壓制備方法技術領域
本發(fā)明屬于一種超硬材料制備的技術領域，特別涉及主要組分為五硼化二鑰 (Mo2B5)、二硼化鑰(MoB2)、硼化鑰(MoB)、硼化二鑰(Mo2B)的硼化物高溫高壓的制備方法。
背景技術：
超硬材料(維氏硬度大于40GPa)以其耐高壓、抗磨損、化學性質(zhì)穩(wěn)定等特性，作為切削、打磨、拋光等加工工具的材料，作為機械部件上的抗磨損涂層等，在軍事、工業(yè)等領域有重大用途，是一個國家制造業(yè)水平的重要體現(xiàn)?，F(xiàn)有的超硬材料主要集中在B、C、N、0等輕元素中形成的化合物，如金剛石、立方氮化硼、BC2N, BC5等。這些材料的應用均存在一定的局限性。尋找新型多功能的超硬材料，一直是材料學、物理學、工程學的熱點領域。過渡族金屬硼化物具有優(yōu)異的力學、電學性能，有望成為潛在的新型超硬材料。如ReB2是已知唯一具有金屬性質(zhì)的超硬材料，其維氏硬度高達40. 5Gpa。Mo元素為高熔點的過渡族金屬， 并且Mo還具有良好的導電性。Mo與B形成的化合物，則有望成為高硬度和良好電學性質(zhì)的新功能材料。
一般而言，合成過渡族金屬硼化物，需要較高的溫度和較長的高溫燒結反應時間。 因此，在制備過程中均需要鋁Al等作為助熔劑來降低反應溫度和縮短反應時間。并且，在單一元素的硼化物中，不同化學計量配比的硼可與該元素形成多種成分的化合物。這些因素不僅造成了制備單一相硼化物十分困難，還容易在該化合物中引入除了 Mo與B元素外的雜質(zhì)，此外，大部分過渡金屬硼化物脆性很高，制備出的樣品難以形成整個的塊狀物，大多為粉末，使樣品的硬度、電導率等性質(zhì)很難測得。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是采用新的制備鑰的硼化物材料的方法——高溫高壓合成方法，該方法不采用任何助熔劑，主要通過原料的配比、合成溫度和壓力來調(diào)整鑰的硼化物的材料組分和純度，制備出較高純度的Mo2B、MoB, MoB2, Mo2B5 ;并且該方法易于實施。
本發(fā)明所述的鑰的硼化物是Mo2B5 (五硼化二鑰),MoB2 ( 二硼化鑰)、MoB (硼化鑰) 或Mo2B (硼二鑰)。
本發(fā)明的具體技術方案時如下所述。
一種鑰的硼化物的高溫高壓制備方法，所述的鑰的硼化物主要組分是Mo2B、MoB、 MoB2或/和Mo2B5;以鑰粉(Mo)和硼粉(B)為原料，經(jīng)混料壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過程制得鑰的硼化物材料；所述的混料壓塊，是將鑰粉和硼粉按摩爾比2 I 5進行混合，按合成腔體大小壓成塊狀；所述的組裝，是將塊狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中；所述的高溫高壓合成，是在高壓裝置上進行，在壓力為I. 0 6. OGPa、溫度為 1500 2100K下保溫保壓10 120分鐘；所述的冷卻卸壓，是停止加熱后自然冷卻后卸壓。 合成的產(chǎn)物是鑰的硼化物塊狀燒結體。
本發(fā)明的合成實驗可以在國產(chǎn)DS029B型六面頂壓機上完成。實驗表明，合成壓力的大小、溫度、原材料的配比是影響Mo2B、MoB、MoB2、Mo2B5材料相及其純度的重要因素，最佳原料配比是鑰粉和硼粉按摩爾比分別為2 : 1、1 : 1、1 : 2或I : 2. 5，按此配比可以合成出單一相的Mo2B、MoB、MoB2或Mo2B5塊狀燒結體；最佳合成壓力范圍為4. 8 5. 2GPa，最佳合成溫度范圍為1600 2000K，保溫保壓15 90分鐘。
所述的冷卻卸壓，還可以是停止加熱后先保壓3 8分鐘后卸壓，再自然冷卻至室溫。這樣有利于對設備的保護、減少壓機的使用時間、提高壓力的使用效率。
本發(fā)明方法簡單，易于實施；不采用任何(比如金屬鋁等)助熔劑；通過優(yōu)選的原料配比、合成溫度、合成壓力和保溫保壓時間，可以分別合成出單一相的Mo2B、MoB> MoB2> Mo2B5材料，并且是塊狀的高純度的產(chǎn)品。


附圖I是本發(fā)明實施例
附圖2是本發(fā)明實施例
附圖3是本發(fā)明實施例
附圖4是本發(fā)明實施例
附圖5是本發(fā)明實施例
附圖6是本發(fā)明實施例
附圖7是本發(fā)明實施例
附圖8是本發(fā)明實施例
附圖9是本發(fā)明實施例制備的硼化二鑰化合物X光衍射圖。制備的一硼化鑰化合物X光衍射圖。制備的二硼化鑰化合物X光衍射圖。 制備的五硼化二鑰化合物X光衍射圖。 制備的硼化二鑰化合物X光衍射圖。制備的一硼化鑰化合物X光衍射圖。 制備的硼鑰化合物X光衍射圖。制備的硼鑰化合物X光衍射圖。制備的硼鑰化合物X光衍射圖。
具體實施方式
以下實施例都是在國產(chǎn)DS029B型六面頂壓機上完成的，為了保持樣品腔體溫度均勻性，組裝是旁熱式加熱方式；為了使合成材料及原料在制備中不被氧化，合成腔體內(nèi)應當是真空環(huán)境。合成產(chǎn)物是塊狀燒結體。
實施例I
將分析純的粒度I 5微米的鑰粉(Mo)與粒度I 5微米的硼粉(B)按摩爾比2 I混合，粉壓成型后，將樣品裝入高壓腔體中。組裝腔體中用石墨作加熱管，用白云石做絕緣管，葉臘石做傳壓介質(zhì)，合成壓力為4. 8GPa，溫度1800K，保壓保溫時間30分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的主要成分為Mo2B，還有部分Mo存在。具體的X光結果見圖I。
實施例2
采用與實施例I相同的原材料粉，按照按摩爾比I : I混合，粉壓成型后采用實施例I的組裝，合成壓力為4. 8GPa，溫度1800K，保壓保溫時間I小時，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出純相MoB。具體的X光結果見圖2。
實施例3
采用與實施例I相同的原材料粉，按摩爾比I : 2混合，粉壓成型后，采用與實施例I相同的組裝，合成壓力為5. 2GPa，溫度2000K，保壓保溫時間15分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出純相MoB2。具體的X光結果見圖3。
實施例4
采用與實施例I相同的原材料粉，按摩爾比2 : 5混合，粉壓成型后，采用與實施例I相同的組裝，合成壓力為5. 2GPa，溫度1800K，保壓保溫時間I小時，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出純相Mo2B5。具體的X光結果見圖4。
實施例5
采用與實施例I相同的原材料粉，按摩爾比2 : I混合，粉壓成型后，采用與實施例I相同的組裝，合成壓力為4. 8GPa，溫度2000K，保壓保溫時間15分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出Mo2B并且含有部分Mo單質(zhì)存在，相對于實施例1，此條件下的Mo峰值較強，說明反應沒有實施例I完全。具體的X光結果見圖5。
實施例6
采用與實施例I相同的原材料粉，按摩爾比I : I混合，粉壓成型后，采用與實施例I相同的組裝，合成壓力為4. 8GPa，溫度1600K 1800K，保壓保溫時間15分鐘至30分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出純相MoB，具體的X光結果見圖6。從圖6中可以看出，隨著溫度和時間的增加MoB的結晶越來越好。結合實施例2，可以發(fā)現(xiàn)，當溫度達到1800K，時間為I小時時，制備出結晶非常良好的MoB純相。
實施例7
采用與實施例I相同的原材料粉，按摩爾比I : 2混合，粉壓成型后，采用與實施例I相同的組裝，合成壓力為5. 2GPa，溫度1800K，保壓保溫時間I. 5小時，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的組分主要為MoB2,同時含有Mo2B5相。具體的X光結果見圖7。本實施例作為與實施例3、8的比較例，說明合成溫度是合成MoB2的最主要的影響因素，在相同的原料配比、相同的合成壓力和較寬的保溫保壓時間條件下，合成溫度在 1800K以下很難合成出單一相的MoB2。
實施例8
采用與實施例I相同的原材料粉，按摩爾比I : 2混合，粉壓成型后，采用與實施例I相同的組裝，合成壓力為5. 2GPa，合成溫度為1900K，保壓時間30分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出純相MoB2。具體的X光結果見圖8。
實施例9
采用實施例3或8制備出的純相MoB2，再加入等化學計量比的B粉，即摩爾比MoB2 B= I 0.5，經(jīng)過研磨粉壓成型后，采用與實施例I相同的組裝，合成壓力為5.2GPa，在溫度1800K下保壓保溫時間60分鐘，或在溫度2000K下保壓保溫時間15分鐘， 停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，制備的硼鑰化合物X光衍射圖見圖9。其中一個在 1800K、60分鐘條件下制備出純的單一相Mo2B5 ;另一個在2000KU5分鐘條件下則并未發(fā)現(xiàn)其反應，依然為MoB2的XRD圖譜。說明溫度高于1800K對Mo2B5的合成不利。本實施例還說明以MoB2和B為原料也可以合成出單一相Mo2B5。
權利要求
1.一種鑰的硼化物的高溫高壓制備方法，所述的鑰的硼化物主要組分是Mo2B、MoB, MoB2或/和Mo2B5 ；以鑰粉和硼粉為原料，經(jīng)混料壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過程制得鑰的硼化物材料；所述的混料壓塊，是將鑰粉和硼粉按摩爾比2 I 5進行混合，按合成腔體大小壓成塊狀；所述的組裝，是將塊狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中； 所述的高溫高壓合成，是在高壓裝置上進行，在壓力為1.0 6. OGPa、溫度為1500 2100K 下保溫保壓10 120分鐘；所述的冷卻卸壓，是停止加熱后自然冷卻后卸壓。
2.根據(jù)權利要求I所述的鑰的硼化物的高溫高壓制備方法，其特征在于，原料配比是鑰粉和硼粉按摩爾比分別為2 : 1、1 : 1、1 : 2或I : 2. 5;所述的高溫高壓合成，在壓力范圍為4. 8 5. 2GPa、溫度范圍為1600 2000K下保溫保壓15 90分鐘。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的鑰的硼化物的高溫高壓制備方法，其特征在于，所述的冷卻卸壓，是停止加熱后先保壓3 8分鐘后卸壓，再自然冷卻至室溫。
4.一種鑰的硼化物的高溫高壓制備方法，以MoB2和B為原料，經(jīng)混料壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過程制得鑰的硼化物材料；所述的混料壓塊，是將MoB2 B = 2 I進行混合，按合成腔體大小壓成塊狀；所述的組裝，是將塊狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中；所述的高溫高壓合成，是在高壓裝置上進行，在壓力為5. 2GPa、溫度為1800K 下保溫保壓60分鐘；所述的冷卻卸壓，是停止加熱后自然冷卻后卸壓，制備出單一相Mo2B5。
全文摘要
本發(fā)明的鉬的硼化物的高溫高壓制備方法屬于超硬材料制備的技術領域。以鉬粉和硼粉為原料，經(jīng)混料壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過程制得鉬的硼化物材料；所述的高溫高壓合成，是在壓力為1.0～6.0GPa、溫度為1500～2100K下保溫保壓10～120分鐘；最后冷卻卸壓，得到鉬的硼化物塊狀燒結體。本發(fā)明方法簡單，易于實施；不采用任何助熔劑；通過優(yōu)選的原料配比、合成溫度、合成壓力和保溫保壓時間，可以合成出單一相的Mo2B、MoB、MoB2或Mo2B5材料。
文檔編號C01B35/04GK102530974SQ20121004807
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權日2012年2月28日
發(fā)明者何志, 劉冰冰, 崔田, 朱品文, 王欣, 陶強, 黎軍軍 申請人:吉林大學