一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及碳化硼納米粉體的制備工藝，具體涉及一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備小尺寸的碳化硼微粉的方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。首先以硼酸為硼源，纖維素粉為碳源，使用正己烷分散硼酸；然后加入纖維素粉和乙二醇的混合物，使分子級(jí)的硼酸均勻的包覆在纖維素粉的表面；再利用磁力攪拌器加熱蒸干水分，放進(jìn)烘箱干燥后，取出研磨，在空氣氣氛下熱解，取出研磨壓片，放入石墨瓷舟中，氬氣氣氛下煅燒處理制備出均勻的碳化硼微粉。本發(fā)明專利技術(shù)的方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，可以在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)粉體制備，可批量化生產(chǎn)，所制得的產(chǎn)品粒徑尺寸均勻，分散效果好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法
本專利技術(shù)涉及碳化硼納米粉體的制備工藝，具體涉及一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備小尺寸的碳化硼微粉的方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
碳化硼是高性能陶瓷材料中的一種重要原料，包含諸多的優(yōu)良性能，除了高硬度、低密度等性能外，它還具備高化學(xué)穩(wěn)定性和中子吸收截面及熱電性能等特性，在國(guó)防軍事設(shè)備、功能陶瓷、熱電元件等諸多領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。關(guān)于碳化硼的制備的報(bào)道已有很多：Mirabelli等人報(bào)道了2-(H2C＝CH)B5H6經(jīng)過(guò)聚合轉(zhuǎn)變?yōu)橄┗炫鹜榈牡途垠w，可以高陶瓷化率的轉(zhuǎn)變?yōu)榧儍舻奶蓟稹sso等人也報(bào)道了硼酸和2‐羥基苯甲醇在DMF溶液中形成酚樹酯‐B2O3的雜化物，在氫氣保護(hù)下高溫處理可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟鸱勰?。Wang等還對(duì)通過(guò)管式爐碳熱還原法制得的平均粒度為20.4μm的碳化硼粉氣流粉碎得到粉末。Tang等采用B2O3、Mg粉和C將B2O3、Mg粉和C的混合料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間球磨，在通入氬氣的保護(hù)環(huán)境下于馬沸爐中反應(yīng)可合成碳化硼。Chang等采用C－Mg－B2O3體系，通過(guò)SHS還原反應(yīng)制備出了原始粒徑為0.4μm的碳化硼。但這些方法中大多使用了高毒性和昂貴的原料，能耗大、生產(chǎn)力低以及合成的平均粒徑大，或反應(yīng)殘留的氧化鎂卻難以徹底除去。因此，尋找價(jià)格便宜、無(wú)毒、易得的原料合成多種含硼聚合物前驅(qū)體，開發(fā)一種低能耗、產(chǎn)品粒度易于控制的碳化硼合成方法是一件十分有意義的事情。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中大多使用了高毒性和昂貴的原料，能耗大、生產(chǎn)力低以及合成的平均粒徑大，反應(yīng)殘留的氧化鎂卻難以徹底除去的問(wèn)題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備小尺寸的碳化硼微粉的方法，尋找價(jià)格便宜、無(wú)毒、易得的原料合成含硼聚合物前驅(qū)體，生產(chǎn)出低能耗、分散性好、產(chǎn)品粒度易于控制的碳化硼。本專利技術(shù)技術(shù)方案如下：一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，首先以硼酸為硼源，纖維素粉為碳源，使用正己烷分散硼酸；然后加入纖維素粉和乙二醇的混合物，使分子級(jí)的硼酸均勻的包覆在纖維素粉的表面；再利用磁力攪拌器加熱蒸干水分，放進(jìn)烘箱干燥后，取出研磨，在空氣氣氛下熱解，取出研磨壓片，放入石墨瓷舟中，氬氣氣氛下煅燒處理制備出均勻的碳化硼微粉，具體包括如下步驟：(1)硼酸和乙二醇和纖維素粉按照摩爾比為5.6:1:0.4～5.6:1:1.2稱取原料，將硼酸溶于水，加熱攪拌至完全溶解，滴加到1.0～2.0倍水體積的正己烷中，得溶液A；(2)稱取纖維素粉于燒杯中，加入乙二醇，攪拌均勻得混合物B；(3)用磁力攪拌器加熱攪拌A先蒸干上層正己烷，把混合物B均勻的加入液體A中，后升溫蒸干水，放100～150℃烘箱8～12h，取出研磨成均勻的粉末C；(4)粉末C在空氣中400～800℃下保溫1～3h，取出研磨得到黑色粉末D，作為前驅(qū)體；(5)將黑色粉末D在10～30MPa壓塊5～20分鐘，放入管式爐燒1400～1650℃，氬氣氣氛下，保溫1～4小時(shí)得產(chǎn)品碳化硼。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(4)將所得前驅(qū)體冷卻至室溫，粉碎研磨、壓制成塊；前驅(qū)體置于石墨瓷舟中，再在氬氣環(huán)境下加熱至1400～1650℃，保溫1～4小時(shí)，制得碳化硼微粉。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，纖維素粉為α-Cellulose，水為去離子水。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(1)硼酸、乙二醇和纖維素粉的優(yōu)選摩爾比例為5.6:1:0.8。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(4)升溫或者降溫速率：1400℃以下時(shí)為10℃/min，大于1400℃時(shí)為5℃/min。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(1)硼酸滴加到正己烷中，每滴0.3ml，滴加速度為24ml/min。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(1)硼酸滴加到正己烷中，用磁力攪拌器先低溫?cái)嚢枵舾缮蠈诱和?，然后逐滴加入纖維素粉和乙二醇的混合物，再加熱攪拌蒸干水，低溫磁力攪拌器示數(shù)為165℃，高溫示數(shù)為245℃。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(4)將黑色粉末D放入管式爐，電阻爐首先要抽真空，然后通氬氣保護(hù)。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(4)粉末C在空氣中優(yōu)選600℃下保溫2h。所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，步驟(2)纖維素粉與乙二醇的重量比例為5.58：0.5～5.58：3。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：1、本專利技術(shù)以硼酸為硼源，纖維素粉為碳源，使用正己烷分散硼酸，然后加入纖維素粉和乙二醇的混合物，使分子級(jí)的硼酸均勻的包覆在纖維素粉的表面，使原料充分混合，有利于提高反應(yīng)的動(dòng)力和細(xì)化粒徑；本專利技術(shù)所得碳化硼微粉的粒徑為2～10μm。2、本專利技術(shù)采用正己烷分散硼酸，可以有效的分散硼酸，后續(xù)和纖維素粉充分混合，均勻的包覆在纖維素粉表面，提高原料均勻程度，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，有利于提高產(chǎn)物的分散性，而且產(chǎn)物粒度均勻。3、本專利技術(shù)合成路線原料易得、價(jià)廉，合成溫度低，制得的碳化硼粉體粒度均勻，是一種工藝上可行的低溫合成碳化硼粉體的方法。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例1所制得的樣品的X射線衍射圖譜，橫坐標(biāo)2θ是衍射角(°)，縱坐標(biāo)intensity是強(qiáng)度。圖2為實(shí)施例1所制得的樣品的SEM照片。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本專利技術(shù)所保護(hù)范圍不限于此。本專利技術(shù)實(shí)施例中所用的原料均為市購(gòu)產(chǎn)品，分析純級(jí)。實(shí)施例1：本實(shí)施例中，正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備小尺寸的碳化硼微粉的方法，步驟如下：(1)稱取5.58g硼酸溶于水，用磁力攪拌器加熱磁力攪拌至完全溶解，緩慢滴加到1.2倍體積水的正己烷中，得溶劑A；硼酸水溶液緩慢滴加到正己烷中，每滴0.3ml，滴加速度為24ml/min，可以有效的分散硼酸，后續(xù)和纖維素粉充分混合，均勻的包覆在纖維素粉表面，提高原料均勻程度，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。(2)稱取2.088g纖維素粉于燒杯中，加1g乙二醇，機(jī)械攪拌均勻得混合物B。(3)用磁力攪拌器加熱攪拌低溫先蒸干上層正己烷，把混合物B緩慢且均勻的加入溶劑A中，后繼續(xù)升溫蒸干水，取出放120℃烘箱8h，再取出研磨成均勻的粉末C；(4)將粉末C放于瓷舟中，在空氣中600℃下保溫2h，取出研磨得到黑色粉末D。(5)將黑色粉末D在20MPa壓塊10分鐘，放入石墨瓷舟中，在管式爐燒1450℃，氬氣氣氛下，保溫1h得產(chǎn)品碳化硼。所述升降溫速率為:1400℃以下時(shí)為10℃/min，大于1400℃時(shí)為5℃/min。由圖1可知，所得到的碳化硼納米粉體的主晶相為碳化硼相，含有少量的石墨相，這是在制備過(guò)程中氧化硼揮發(fā)所致，可通過(guò)減少纖維素粉的量來(lái)減少或者消除。由圖2可知，所得到的碳化硼納米粉體的平均粒徑為5μm，粒徑分布均勻。實(shí)施例二本實(shí)施例中，正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備小尺寸的碳化硼微粉的方法，步驟如下：1.稱取5.58g硼酸溶于水，用磁力攪拌器加熱磁力攪拌至完全溶解，緩慢滴加到1.2倍水體積的正己烷中，得溶劑A；硼酸水溶液緩慢滴加到正己烷中，每滴0.3ml，滴加速度為24ml/min，可本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，其特征在于，首先以硼酸為硼源，纖維素粉為碳源，使用正己烷分散硼酸；然后加入纖維素粉和乙二醇的混合物，使分子級(jí)的硼酸均勻的包覆在纖維素粉的表面；再利用磁力攪拌器加熱蒸干水分，放進(jìn)烘箱干燥后，取出研磨，在空氣氣氛下熱解，取出研磨壓片，放入石墨瓷舟中，氬氣氣氛下煅燒處理制備出均勻的碳化硼微粉，具體包括如下步驟：(1)硼酸和乙二醇和纖維素粉按照摩爾比為5.6:1:0.4～5.6:1:1.2稱取原料，將硼酸溶于水，加熱攪拌至完全溶解，滴加到1.0～2.0倍水體積的正己烷中，得溶液A；(2)稱取纖維素粉于燒杯中，加入乙二醇，攪拌均勻得混合物B；(3)用磁力攪拌器加熱攪拌A先蒸干上層正己烷，把混合物B均勻的加入液體A中，后升溫蒸干水，放100～150℃烘箱8～12h，取出研磨成均勻的粉末C；(4)粉末C在空氣中400～800℃下保溫1～3h，取出研磨得到黑色粉末D，作為前驅(qū)體；(5)將黑色粉末D在10～30MPa壓塊5～20分鐘，放入管式爐燒1400～1650℃，氬氣氣氛下，保溫1～4小時(shí)得產(chǎn)品碳化硼。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，其特征在于，首先以硼酸為硼源，纖維素粉為碳源，使用正己烷分散硼酸；然后加入纖維素粉和乙二醇的混合物，使分子級(jí)的硼酸均勻的包覆在纖維素粉的表面；再利用磁力攪拌器加熱蒸干水分，放進(jìn)烘箱干燥后，取出研磨，在空氣氣氛下熱解，取出研磨壓片，放入石墨瓷舟中，氬氣氣氛下煅燒處理制備出均勻的碳化硼微粉，具體包括如下步驟：(1)硼酸和乙二醇和纖維素粉按照摩爾比為5.6:1:0.4～5.6:1:1.2稱取原料，將硼酸溶于水，加熱攪拌至完全溶解，滴加到1.0～2.0倍水體積的正己烷中，得溶液A；(2)稱取纖維素粉于燒杯中，加入乙二醇，攪拌均勻得混合物B；(3)用磁力攪拌器加熱攪拌A先蒸干上層正己烷，把混合物B均勻的加入液體A中，后升溫蒸干水，放100～150℃烘箱8～12h，取出研磨成均勻的粉末C；(4)粉末C在空氣中400～800℃下保溫1～3h，取出研磨得到黑色粉末D，作為前驅(qū)體；(5)將黑色粉末D在10～30MPa壓塊5～20分鐘，放入管式爐燒1400～1650℃，氬氣氣氛下，保溫1～4小時(shí)得產(chǎn)品碳化硼。2.如權(quán)利要求1所述的正己烷分散硼酸包覆纖維素粉制備碳化硼微粉的方法，其特征在于，步驟(4)將所得前驅(qū)體冷卻至室溫，粉碎研磨、壓制成塊；前驅(qū)體置于石墨瓷舟中，再在氬氣環(huán)境下加熱至1400～1650℃，保溫1～4小時(shí)，制得碳化硼...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張霞，盛郁茂，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21