硼热还原法制备LaB_6粉末

研究了采用硼热还原法制备LaB6 粉末的反应合成工艺 .La2 O3-B系反应热力学分析表明 ,气体分压对LaB6 的形成有重要影响 ,减小气体分压可以明显降低LaB6 的合成温度 ;结合DTA测定结果 ,确定了制备LaB6 粉末的合成温度 .同时 ,对不同温度和保温时间条件下所生成的LaB6 粉末的相组成、颗粒尺寸与形貌以及纯度进行了测试分析 ,实验结果表明 ,La2 O3-B系制备LaB6 粉末的优化工艺是真空度133Pa ,192 3K保温 6h ,所合成的LaB6 粉末平均粒径为 6 μm ,纯度达 99.2 % ,颗粒形态比较规整 ,多数呈近似团块状 .

硼-碳热还原法合成纳米SiC-ZrB2复合陶瓷粉体

以ZrSi_2、B_4C和炭黑为原料,采取硼-碳热还原法,分别在1000、1200及1400℃温度下反应,合成纳米SiC-ZrB_2复合陶瓷粉体。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)对复合粉体的显微形貌、物相组成及晶粒尺寸进行表征;利用热力学计算分析合成过程的反应机理。结果表明:当温度为1000℃时,硼-碳热还原反应并不彻底,粉体中仍存在ZrSi_2未参与反应;当温度升高到1200℃时,反应可完全进行,合成的纳米SiC-ZrB_2复合陶瓷粉体颗粒分布均匀,SiC粒子尺寸约为40 nm,ZrB_2颗粒尺寸约为300 nm;当温度进一步升高到1400℃后,SiC-ZrB_2复合粉体中晶粒长大明显,SiC颗粒附着在ZrB_2颗粒表面,并且复合粉体出现烧结引起的密实现象。

微波熔盐辅助硼热/碳热还原法制备ZrB_2-SiC复合粉

以ZrO_2、SiO_2、B_4C及活性炭为反应物,以NaCl/KCl为熔盐,采用微波熔盐辅助硼热/碳热还原法制备ZrB_2-SiC复合粉,研究了反应温度、反应时间、B4C及熔盐介质用量等对产物物相组成和显微结构的影响.结果表明:随着反应温度的升高,反应时间的延长,B4C和熔盐用量的增加,ZrB_2和SiC的合成反应进行得越充分,产物中ZrB_2的衍射峰越强;在反应温度为1 200℃,反应时间为20min,熔盐与反应物质量比为2∶1,B_4C与ZrO_2物质的量的比为0.8的条件下,可以制备得到纯相ZrB_2-SiC复合粉,其平均粒径约为38μm,其中ZrB_2为一维棒状结构,直径约为1.35μm,平均长径比大于10.

溶胶-凝胶法和硼热-碳热还原合成ZrB_2空心球粉体

为了合成性能较好的Zr B2空心球粉体,以氧氯化锆(Zr Cl O2·8H2O)、硼酸(H3BO3)、葡萄糖(C6H12O6)为原料,先采用水热碳化工艺制备了碳微球,再以预合成的碳微球为模板,采用溶胶-凝胶法、硼热-碳热还原工艺合成了Zr B2超细空心球粉体,研究了反应温度(1 200、1 300、1 400和1 500℃)及碳微球的含量(n(C)n(Zr O2+B2O3)分别为5.0、5.5、6.0和6.5)对Zr B2空心球粉体合成的影响。结果表明:水热碳化工艺制备的碳微球表面较为光滑,具有良好的空心结构;过量的碳微球和较高的反应温度均能在一定程度上有助于Zr B2空心球粉体的合成;合成Zr B2空心球粉体的最佳反应温度为1 500℃,最佳碳微球含量为n(C)n(Zr O2+B2O3)=6.5。

TiO_(2)晶型对微波加热制备TiB_(2)粉体的影响

为探究TiO_(2)晶型(锐钛矿型和金红石型)对微波加热制备TiB_(2)粉体的影响,分别以锐钛矿型和金红石型TiO_(2)为钛源,B_(4)C为硼源,炭黑为碳源,在微波加热的条件下通过硼热/碳热还原法快速制备了TiB_(2)粉体,探讨了TiO_(2)晶型对微波加热制备TiB_(2)粉体的物相组成、显微结构以及C和O杂质含量的影响。结果表明:在微波加热条件下,2种晶型TiO_(2)原料在1450℃反应20 min后均可制备纯相TiB_(2)粉体,其中金红石型TiO_(2)制备的TiB_(2)粉体呈规则的六方片状结构,晶粒发育较为完善。而锐钛矿型TiO_(2)制备的TiB_(2)则为近似球状结构。相比较,金红石型TiO_(2)作为硼源更有利于制备高纯度、晶型完整的TiB_(2)粉体。

超高温稀土硼化物(Y_(1-x)Yb_(x))B_(6)的制备及力学性能研究

六硼化钇(YB_(6))高温下结构不稳定限制了其在超高温领域的应用,通过引入Yb元素,可形成高温稳定的(Y 1-x Yb x)B_(6)固溶体。本文以(Y_(0.5)Yb_(0.5))_(2)O_(3)和B 4C为原料采用硼/碳热还原法制备了(Y_(0.5)Yb_(0.5))B_(6)粉体,通过无压烧结实现了陶瓷致密化,并结合密度泛函理论计算综合分析了材料的晶体结构、微观形貌和力学性能。结果表明,在1650℃下热处理,B 4C过量6.25%时合成的(Y_(0.5)Yb_(0.5))B_(6)粉体纯度最高。在2000℃下无压烧结获得的(Y_(0.5)Yb_(0.5))B_(6)陶瓷致密度为95.80%,但晶粒尺寸偏大,可达(80.71±35.51)μm。通过两步烧结法所得陶瓷致密度、晶粒尺寸、硬度和断裂韧性分别为95.47%、(14.54±6.31)μm、(14.53±1.37)GPa和(2.81±0.34)MPa·m^(1/2)。陶瓷断口处与典型的高损伤容限陶瓷Ti_(3)SiC_(2)、Hf_(3)AlN的断口形貌十分类似,表明(Y_(0.5)Yb_(0.5))B_(6)具有良好的损伤容忍度,有望提高超高温陶瓷的韧性与延性。

以蔗糖为碳源制备亚微米级TiB_(2)粉体的研究

为探讨有机碳源对TiB_(2)粉体细化的影响,以TiO_(2)、B_(4)C和蔗糖为原料,分别在1150、1250、1350、1450℃保温30 min,通过硼热/碳热还原法制备了TiB_(2)粉体,并初步探讨了TiO_(2)-B_(4)C-蔗糖体系的反应机制以及TiB_(2)晶粒的细化机制。结果表明:在硼热/碳热还原过程中,Ti_(2)O_(3)和TiC是两种重要的中间产物,且均由TiO_(2)和C直接反应生成,随后TiB_(2)则可能以Ti_(2)O_(3)或TiC为钛源分别与B_(2)O_(3)和C反应生成。此外,由于蔗糖裂解出的高活性纳米碳具有孔隙结构,可提高反应效率,使得该体系在1450℃保温30 min的条件下成功制备出平均粒径为0.35μm的亚微米级TiB_(2)粉体。

(Hf_(0.25)Zr_(0.25)W_(0.25)Ti_(0.25))B_(2)高熵陶瓷的组织结构与力学性能

为了提高高熵硼化物陶瓷的性能,扩大高熵硼化物陶瓷家族,本文通过硼热/碳热还原法结合SPS制备(Hf_(0.25)Zr_(0.25)W_(0.25)Ti_(0.25))B_(2)高熵硼化物粉末与陶瓷,并对其物相组成、组织形貌和力学性能进行研究。结果表明,经1600℃热处理后(Hf_(0.25)Zr_(0.25)W_(0.25)Ti_(0.25))B_(2)高熵硼化物粉末除了检测出高熵相,还检测到W2B5第二相,粉末粒径为(0.29±0.03)μm;2000℃烧结后W2B5减少,高熵相的衍射峰向高角度偏移,致密度达95.7%,引入WB_(2)后其具有优异的力学性能,硬度(21.3±1.5)GPa,断裂韧性(3.00±0.22)MPa·m^(1/2)。

(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(Me=V,W)高熵硼化物陶瓷的制备与性能

为了制备性能优异的高熵硼化物陶瓷,通过硼热/碳热还原法与放电等离子烧结技术(SPS)结合制备(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(Me=V,W)高熵硼化物陶瓷,研究V和W对高熵硼化物陶瓷物相组成、形貌和力学性能的影响。结果表明,在1600℃合成的(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(Me=V,W)高熵硼化物粉末均未形成单相固溶体,经2000℃烧结后(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)形成了完全固溶体,但是(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)样品中还检测到WB相。(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)样品致密度(93.1%)低于(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(96.7%),但其晶粒尺寸显著小于(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)。(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)具有较高的硬度(24.0 GPa),但断裂韧性低于(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)(3.32 MPa·m^(1/2))。

(Me_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)(Me=Ti,Zr,Ta)陶瓷的制备、显微结构和力学性能

以采用硼热/碳热还原反应自合成的(Me_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)(Me=Ti,Zr,Ta)为原料,通过放电等离子烧结制备了(Me_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷,系统研究了其相组成、致密度、显微结构和力学性能。结果表明,(Ti_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)和(Zr_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷具有较高的致密度(~98%),而(Ta_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷的致密度较低(~93%)。(Ti_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)的晶粒较粗,而(Zr_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)和(Ta_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)的晶粒相对较小,并且在(Ta_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)中Nb元素出现局部偏析。(Ti_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷具有较优异的力学性能,硬度和韧性分别为(20.08±0.81)GPa和(2.52±0.15)MPa·m^(1/2),而(Zr_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷的力学性能较差,硬度和断裂韧性分别为(17.21±0.63)GPa和(1.50±0.18)MPa·m^(1/2)。