編號：FTJS06546
篇名：過渡金屬硼化物粉體的制備
作者：孫慧峰；
關(guān)鍵詞：硼化物粉體 熔鹽 NbB2 TaB2 TiB2
機(jī)構(gòu)：
摘要： 過渡金屬硼化物陶瓷普遍具有熔點(diǎn)高、硬度高和抗蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn),是超高溫、超硬、電解冶金等極限條件下應(yīng)用的核心候選材料。但是,由于B-B共價(jià)鍵的存在,硼化物陶瓷的自擴(kuò)散系數(shù)比較低,其燒結(jié)致密化十分困難。顆粒晶粒尺寸越小,其表面能越大,晶界能越小,粉體的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力就越大。因此,研究超細(xì)硼化物粉體的合成技術(shù)對提高硼化物陶瓷致密化和力學(xué)性能都具有非常重要的理論和實(shí)際意義。傳統(tǒng)過渡金屬硼化物粉體的合成方法普遍存在合成溫度高、所得粉體粒徑大且含碳或單質(zhì)B雜質(zhì)等問題。本論文以無定形硼粉為硼源,以金屬單質(zhì)、氫化物或氧化物為金屬源,研究了幾種過渡金屬硼化物粉體的合成;此外,將熔融鹽引入到固相反應(yīng)中,研究了熔鹽對所合成粉體的影響。論文的主要研究內(nèi)容包括:(1)以Nb2O5和無定形B粉為原料,分別采用固相法和熔鹽法合成了NbB2和NbB粉體。研究結(jié)果表明,當(dāng)Nb2O5與B的摩爾比為1:9時(shí),固相法最低可在1200oC(真空氣氛)下合成NbB2粉體,但產(chǎn)物中有未反應(yīng)的B殘留。當(dāng)Nb2O5與B的摩爾比為3:22時(shí),熔鹽法最低可在800 oC下(流動(dòng)的Ar保護(hù)下)合成出純相NbB2粉體。熔鹽的存在顯著加速了硼熱還原反應(yīng)的進(jìn)程并抑制了產(chǎn)物晶粒的長大。當(dāng)合成溫度為1000 oC,熔鹽倍數(shù)為10時(shí),所得NbB2粉體粒徑最小,其等效平均粒徑僅為32 nm。當(dāng)Nb2O5與B的摩爾比為3:16時(shí),熔鹽法最低可在1000 oC下(流動(dòng)的Ar保護(hù)下)合成出純相NbB粉體。(2)以Ta2O5和無定形B粉為原料,分別采用固相法和熔鹽法合成了TaB2和TaB粉體。研究結(jié)果表明,當(dāng)Ta2O5與B的摩爾比為3:22時(shí),無論是固相法還是熔鹽法均可在最低900 oC下(流動(dòng)的Ar保護(hù)下)合成出純相TaB2粉體。熔鹽的加入量對所合成TaB2粉體的晶粒形貌有較大影響。當(dāng)熔鹽倍數(shù)為20倍時(shí),所得TaB2粉體呈現(xiàn)出由納米棒組成的花狀形貌。當(dāng)Ta2O5與B的摩爾比為3:16時(shí),熔鹽法最低可在1100 oC下(流動(dòng)的Ar保護(hù)下)合成出純相TaB粉體。(3)以TiO2和TiN為鈦源,使用熔鹽法無法在較低溫度(1100 oC)合成出TiB2粉體。以金屬單質(zhì)Ti和TiH2為鈦源使用熔鹽法可成功合成TiB2粉體,熔鹽的加入可顯著降低粉體的晶粒尺寸。當(dāng)熔鹽倍數(shù)為20倍,以TiH2為鈦源在1000 oC合成出TiB2粉體的平均等效粒徑僅為60 nm。
