一种TiB2粉体制备方法与流程

一种tib2粉体制备方法
技术领域
1.本技术涉及粉体制备技术领域，特别是涉及一种tib2粉体制备方法。


背景技术：

2.二硼化钛(tib2)具有高熔点、高弹性模量、高硬度、高导电性、高导热性、低热膨胀系数、良好的耐磨损和耐腐蚀以及化学稳定性等优点，不仅是一种高潜力的陶瓷材料，更可以作为强化颗粒加入到合金中形成复合材料，改善合金性能。tib2不论是用于陶瓷材料领域还是复合材料领域，材料的微观组织和机械性能都会受到tib2粉末特性的影响，因此对tib2粉体的活性、纯度、粒径提出了更高的要求，需要制备活性高、纯度高、粒径小的tib2粉体。
3.目前已有诸多合成tib2的方法，如气相反应法、电热、化学气相沉积、燃烧合成法等，但这些工艺都需要较高的温度或较长的生产周期，而且合成的粉体通常有较粗的颗粒和较低的纯度，且粉体容易团聚，不利于提高材料的性能。
4.因此，如何提供一种tib2合成方法，能够制得纯度高、粒径小的tib2粉体，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种tib2粉体制备方法；本技术采用真空微波炉合成tib2粉体，具有合成温度低、合成时间短、能源利用率高、加热效率高、易于操作、无污染，且合成条件温和的优点。
6.本发明提供的技术方案如下：
7.一种tib2粉体制备方法，包括以下步骤：
8.配置硼酸混合溶液：按硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比为(3.5-4.5):1取硼酸，按蔗糖与钛酸丁酯的碳钛摩尔比为(5-7):1取蔗糖，将硼酸、蔗糖与乙醇混合均匀，即为溶液a；
9.配置有机钛混合溶液：按照以上硼酸与钛酸丁酯的硼钛摩尔比取钛酸丁酯；按照钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为(2.0-3.0):1取乙酰丙酮，将钛酸丁酯与乙酰丙酮混合形成有机钛混合溶液，即为溶液b；
10.制备硼钛混合溶胶：将溶液a与溶液b混合，得到硼钛混合溶胶；
11.制备硼钛混合凝胶：将硼钛混合溶胶在60-80℃下热处理，得到硼钛混合凝胶；
12.制备tib2前驱体：将硼钛混合凝胶冷冻干燥12-18h，机械研磨得到tib2前驱体；
13.制备tib2粉体：将tib2前驱体在惰性气氛中，升温至650～700℃保温1-1.5h，继续升温至980～1050℃，保温1-2h，后随炉降至室温，即得tib2粉体。
14.优选地，配置硼酸混合溶液时，将硼酸与蔗糖混合得到混合物，向混合物中加入乙醇，制成硼酸浓度为3-8mol/l的混合溶液，即为溶液a。
15.优选地，加入乙醇后，加热至40℃-50℃，搅拌，制备混合溶液。
16.优选地，将乙酰丙酮缓慢加入到正在搅拌的钛酸丁酯中形成有机钛混合溶液。
17.优选地，制备硼钛混合溶胶时，将溶液a置于超声搅拌器中，将溶液b缓慢倒入，搅拌1h-1.5h后，得到硼钛混合溶胶。
18.优选地，制备硼钛混合凝胶时，将硼钛混合溶胶置于烘箱中，在60-80℃下保温2-3h。
19.优选地，制备tib2前驱体时，将硼钛混合凝胶置于真空冷冻干燥箱中，在-60℃至-80℃下冷冻干燥12-18h。
20.优选地，冷冻干燥后进行球磨，球磨时间24-36h，球磨速度800-1200r/min，球磨过程中每进行25-30min暂停冷却10-15min，球磨完成后过100-125目筛。
21.优选地，制备tib2粉体时，将tib2前驱体置于真空微波炉中，充入氩气，升温至650～700℃保温1-1.5h，继续升温至980～1050℃，保温1-2h，后随炉降至室温，然后停止充入氩气，打开炉门，即得tib2粉体。
22.优选地，充入氩气后保持炉内氧含量在180～220ppm。
23.本技术提供一种tib2粉体制备方法，采用溶胶凝胶微波合成方法，利用蔗糖作为络合剂与硼酸络合，形成硼酸络合物，同时能够提高硼酸的溶解度；乙酰丙酮作为稳定剂，抑制钛酸丁酯的快速水解，阻止金属氧化物的沉淀，形成ti(acac)2螯合物；ti(acac)2螯合物再与硼酸络合物混合得到溶胶，溶胶经热处理得到凝胶，凝胶干燥后形成前驱体，然后在碳热还原反应下制备tib2纳米粉体。本技术提供的制备方法，制得的tib2纳米粉体颗粒尺寸达到纳米级，呈弥散分布，分散均匀，且纯度达到98％以上。相比于其他合成法，本技术采用真空微波炉合成tib2粉体，具有合成温度低、合成时间短、能源利用率高、加热效率高、易于操作、无污染，且合成条件温和的优点。
24.本技术中，蔗糖与钛酸丁酯的碳钛摩尔比计算，是蔗糖的摩尔数乘以12(因一分子蔗糖中有12个碳原子)，与钛酸丁酯的摩尔数的比值。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例1中制备的tib2纳米粉体形貌图；
27.图2为本发明实施例1中制备的tib2纳米粉体xrd图；
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
30.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
33.实施例1
34.(1)配置硼酸混合溶液：按h3bo3(硼酸)与ti(oc4h9)4(钛酸丁酯)的硼钛摩尔比为4:1称取2.472g h3bo3，按c
12h22o11
(蔗糖)与钛酸丁酯的碳钛摩尔比为6:1取1.71g c
12h22o11
，将h3bo3与c
12h22o11
混合得到混合物，向混合物中加入10ml c2h5oh(乙醇)，加热至70℃进行搅拌，直至混合物完全溶解，得到硼酸浓度为4mol/l的混合溶液，即为溶液a；
35.(2)配置有机钛混合溶液：按照h3bo3与ti(oc4h9)4的硼钛摩尔比为4:1称取3.399g ti(oc4h9)4；称取1.4g c5h8o2(乙酰丙酮)，将c5h8o2缓慢加入到正在搅拌的ti(oc4h9)4中形成有机钛混合溶液，即为溶液b；
36.(3)制备硼钛混合溶胶：将溶液a置于超声搅拌器中，将溶液b缓慢倒入，搅拌1h后，得到硼钛混合溶胶；
37.(4)制备硼钛混合凝胶：将硼钛混合溶胶置于烘箱中在80℃下保温2h，得到硼钛混合凝胶；
38.(5)制备tib2前驱体：将硼钛混合凝胶放到真空冷冻干燥箱中在-60℃下干燥12h，干燥后放入离心球磨机中进行球磨，球磨时间24h，球磨速度800r/min，球磨过程中每进行30min暂停冷却15min，球磨完成后过100目筛得到tib2前驱体粉末；
39.(6)制备tib2粉体：将tib2前驱体放到真空微波炉中，充入氩气保持炉内保持氧含量在200ppm，升温至650℃保温1h，继续升温至980℃，保温2h，后随炉降至室温，停止充入氩气，开炉门得到tib2纳米粉体。
40.所制备的tib2纳米粉体形貌图如图1所示。粉体的xrd图如图2所示。
41.实施例2
42.(1)配置硼酸混合溶液：按h3bo3与ti(oc4h9)4的硼钛摩尔比为3.5:1称取2.163g h3bo3，按c
12h22o11
与ti(oc4h9)4的碳钛摩尔比为5:1取1.42g c
12h22o11
，将h3bo3与c
12h22o11
混合得到混合物，向混合物中加入10ml c2h5oh，加热至70℃进行搅拌，直至混合物完全溶解，得到硼酸浓度为4mol/l的混合溶液，即为溶液a；
43.(2)配置有机钛混合溶液：按照h3bo3与ti(oc4h9)4的硼钛摩尔比为4:1称取3.399g ti(oc4h9)4；称取1.36g c5h8o2，将c5h8o2缓慢加入到正在搅拌的ti(oc4h9)4中形成有机钛混
合溶液，即为溶液b；
44.(3)制备硼钛混合溶胶：将溶液a置于超声搅拌器，将溶液b缓慢倒入，搅拌1h后，得到硼钛混合溶胶；
45.(4)制备硼钛混合凝胶：将硼钛混合溶胶置于烘箱中在80℃下保温2h，得到硼钛混合凝胶；
46.(5)制备tib2前驱体：将硼钛混合凝胶放到真空冷冻干燥箱中在-60℃下干燥12h，干燥后放入离心球磨机中进行球磨，球磨时间24h，球磨速度800r/min，球磨过程中每进行30min暂停冷却15min，球磨完成后过100目筛得到tib2前驱体粉末
47.(6)tib2粉体合成：将tib2前驱体放到真空微波炉中，充入氩气保持炉内保持氧含量在200ppm，升温至700℃保温1h，继续升温至1050℃，保温2h，后随炉降至室温，停止充入氩气，开炉门得到tib2纳米粉体。
48.对比例1
49.(1)配置硼酸混合溶液：按h3bo3与ti(oc4h9)4的硼钛摩尔比为2.5:1称取1.5458g h3bo3，按c6h
14
o6(山梨醇)与ti(oc4h9)4的碳钛摩尔比为5:1取1.51g c6h
14
o6，将h3bo3与c6h
14
o6混合得到混合物，向混合物中加入10ml c2h5oh，加热至70℃进行搅拌，直至混合物完全溶解，得到硼酸浓度为2.5mol/l的混合溶液，即为溶液a；
50.(2)配置有机钛混合溶液：按照h3bo3与ti(oc4h9)4的硼钛摩尔比为2.5:1称取3.403g ti(oc4h9)4；称取1g c5h8o2，将c5h8o2缓慢加入到正在搅拌的ti(oc4h9)4中形成有机钛混合溶液，即为溶液b；
51.(3)制备硼钛混合溶胶：将溶液a置于超声搅拌器，将溶液b缓慢倒入，搅拌1h后，得到硼钛混合溶胶；
52.(4)制备硼钛混合凝胶：将硼钛混合溶胶置于烘箱中在70℃下保温7h，得到硼钛混合凝胶；
53.(5)制备tib2前驱体：将凝胶放到85℃烘箱下干燥8h，将烘箱温度升高到120℃干燥5h，将干燥后的凝胶研磨、过80目筛，得到tib2前驱体粉末
54.(6)制备tib2粉体：将tib2前驱体放到气氛炉中，在氩气保护下进行高温煅烧，氩气流量为70ml/min，升温制度为以4℃/min的速率从室温升至合成温度(1500℃)，在此合成温度保温1.5h，随后随炉降至室温，停止通入氩气，得到黑色粉末，将粉末进行研磨，过100目筛，最后获得tib2纳米粉体。
55.对实施例1-2和对比例1制备的tib2纳米粉体进行检测，如下表所示：
[0056] 纯度粉体收得率是否团聚实施例198.3％85％无团聚实施例298.6％83％无团聚对比例96.9％67％有团聚
[0057]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。