二硼化鈦納米粉的製備方法
2023-08-03 08:19:31
專利名稱：二硼化鈦納米粉的製備方法
技術領域：
本發明涉及納米粉的製備方法。
背景技術：
二硼化鈦(TiB2)陶瓷粉料是一類重要的工程陶瓷原料，具有高熔點、高硬度、高化學穩定性以及良好的導熱、導電性能。主要應用於硬質工具材料、高溫耐腐蝕電極、大規模集成電路用高強度引線框架材料等。目前應用較多的二硼化鈦陶瓷粉料是利用自蔓延高溫合成技術製備的，其平均粒徑約5um。為了進一步提高材料性能，需要製備納米級硼化鈦粉料。1995年，美國Washington University的Susan E.Bates在期刊《Journal ofMaterial Research》中發表了名為「Synthesis of titanium boride nanocrystallites bysolution-phase processing」的論文，用NaBH4和TiCl4為原料，在三甲苯溶液中，164℃下反應合成無定形的TiB2先驅粉，然後在900～1100℃下退火，製得粒徑範圍5～100nm的TiB2納米粉。這種製備技術工藝複雜，產物成分難以控制，需要進行後處理，不易實現大批量的工生產。1996年，《Journal of Material Research》又發表了WashingtonUniversity的R.L.Axelbam的論文「Gas-phase combustion synthesis of titanium boridenanocrystallites」，報導了採用TiCl4、BCl3、Na為原料，通過Na氣氣氛中的氣相燃燒反應，製備出了粒徑小於15nm的TiB2納米粉末。此技術可以製備出粒徑小、純度較高的TiB2納米粉，但其要求的技術含量及成本都比較高。
目前納米粉的製備技術主要包括化學氣相法，化學共沉澱法，機械合金化法，溶膠-凝膠法，噴霧熱解法及流態化法等。化學氣相法工藝條件要求嚴格，成本較高；化學共沉澱法需要選擇能夠在鹼性溶液中溶解的前驅體，對製備硼化物難度較大；機械合金化法製備的納米粉粒徑不均勻；溶膠-凝膠法原料價格高、有機溶劑具有毒性，同時在高溫下作熱處理時易使顆粒快速團聚；噴霧法需要高溫及真空條件，對設備和操作要求較高；流態化法工藝及設備複雜，大批量製備成本高。
發明內容
本發明的目的是利用一種比較簡易的方法，大批量製備出粒徑均勻的TiB2納米粉。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是(1)針對微米級的TiB2粉料，利用機械化學方法初次細化晶粒，得到粒度不均的亞微米級粉體，同時產生一定程度的晶格畸變，活化顆粒表面；(2)通過酸洗處理進一步細化晶粒，利用硼化物的層狀結構及吸氫性，獲得粒徑均勻的納米TiB2粉。
本發明的具體實現過程詳述如下1.將平均粒徑為5um的純度98％以上TiB2粉末進行高能球磨處理，球料比20∶1，球磨40～50小時。獲得粒徑0.1～0.3um的粉體。2.將濃鹽酸與水按1∶5～1∶8、或濃硝酸、磷酸和水按1∶1∶3～1∶1∶5製成酸性溶液，將球磨處理的粉末放入上述酸性溶液中攪拌30分鐘，在室溫下靜置10分鐘後，用水清洗2～3次，以去除沉澱物表面的酸性物質，抽濾，烘乾，即得到粒徑為50nm左右的、均勻的、純度98％以上的TiB2納米粉體，本發明的優點在於與其它納米粉製備技術相比，工藝簡單，粒徑均勻，易於進行大批量製備。
具體實施方案下面結合附圖詳細介紹本發明的具體實施方案。
圖1二硼化鈦納米粉的製備工藝流程圖。
實例1∶100克平均粒徑為5微米的TiB2粉末，與適量無水乙醇混合，置於硬質合金材質的高能球磨機中球磨40小時，球料比20∶1。球磨機轉速為200轉/分鐘，球磨時每隔5～6小時加入一次乙醇溶液，以防止氧化和團聚。球磨後的粉末用硝酸∶磷酸∶水＝1∶1∶5的混合酸進行酸洗，抽濾，烘乾。取酸洗前後的粉末樣品在透射電子顯微鏡下進行觀察，發現酸洗前粉末不均勻，大顆粒在0.2微米左右，如圖2酸洗前粉末的透射電鏡圖所示。酸洗後的粉末很均勻，平均粒徑50納米左右，如圖3酸洗後粉末的透射電鏡圖所示。利用氮氣吸附方法測定酸洗前後粉末的比表面積，再換算成粉末的平均粒徑dBET.結果為酸洗前的粉末dBET＝147nm，酸洗後的粉末dBET＝53nm。
實例2取100克同樣球磨處理的樣品，在鹽酸∶水＝1∶5的酸性溶液中進行酸洗處理，隨後抽濾，烘乾。利用氮氣吸附方法測定酸洗前後粉末的比表面積，再換算成粉末的平均粒徑dBET.結果為酸洗前的粉末dBET＝151nm，酸洗後的粉末dBET＝46nm。
權利要求
1.一種二硼化鈦納米粉的製備方法，其特徵是將平均粒徑為5um的TiB2粉末進行高能球磨處理，球料比為20∶1，球磨40～50小時，獲得粒徑為0.1～0.3um的粉體，將此粉末置於濃鹽酸與水混合的酸性溶液或濃硝酸、濃磷酸與水混合的酸性溶液中，攪拌30分鐘後，在室溫下靜置10分鐘，用水清洗2～3次，抽濾，烘乾，即得到平均粒徑為50nm左右的、均勻的TiB2納米粉體。
2.按照權利要求1所述的製備方法，其特徵是用於酸洗的酸性溶液的配比為濃鹽酸與水的比例為1∶5～1∶8，或者濃硝酸∶濃磷酸∶水的比例為1∶1∶3～1∶1∶5。
全文摘要
本發明涉及二硼化鈦納米粉的製備方法。本發明首先將平均粒徑為5微米的二硼化鈦粉末進行球磨,提供顆粒表面一定的活化能和晶內缺陷,得到亞微米級粒徑不均的二硼化鈦粉;隨後在酸性溶液中對粉末進行二次細化和均勻化處理,經酸洗處理後即可得到平均粒徑為50納米左右的二硼化鈦納米粉。本發明的優點在於工藝簡單,粉末粒徑均勻,適宜大規模製備粉體。
文檔編號C01B35/04GK1371863SQ0211566
公開日2002年10月2日 申請日期2002年4月1日 優先權日2002年4月1日
發明者張東, 傅正義, 逄婷婷 申請人:武漢理工大學