编号：FTJS06546
篇名：过渡金属硼化物粉体的制备
作者：孙慧峰；
关键词：硼化物粉体 熔盐 NbB2 TaB2 TiB2
机构：
摘要： 过渡金属硼化物陶瓷普遍具有熔点高、硬度高和抗蚀能力强的特点,是超高温、超硬、电解冶金等极限条件下应用的核心候选材料。但是,由于B-B共价键的存在,硼化物陶瓷的自扩散系数比较低,其烧结致密化十分困难。颗粒晶粒尺寸越小,其表面能越大,晶界能越小,粉体的烧结驱动力就越大。因此,研究超细硼化物粉体的合成技术对提高硼化物陶瓷致密化和力学性能都具有非常重要的理论和实际意义。传统过渡金属硼化物粉体的合成方法普遍存在合成温度高、所得粉体粒径大且含碳或单质B杂质等问题。本论文以无定形硼粉为硼源,以金属单质、氢化物或氧化物为金属源,研究了几种过渡金属硼化物粉体的合成;此外,将熔融盐引入到固相反应中,研究了熔盐对所合成粉体的影响。论文的主要研究内容包括:(1)以Nb2O5和无定形B粉为原料,分别采用固相法和熔盐法合成了NbB2和NbB粉体。研究结果表明,当Nb2O5与B的摩尔比为1:9时,固相法最低可在1200oC(真空气氛)下合成NbB2粉体,但产物中有未反应的B残留。当Nb2O5与B的摩尔比为3:22时,熔盐法最低可在800 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相NbB2粉体。熔盐的存在显著加速了硼热还原反应的进程并抑制了产物晶粒的长大。当合成温度为1000 oC,熔盐倍数为10时,所得NbB2粉体粒径最小,其等效平均粒径仅为32 nm。当Nb2O5与B的摩尔比为3:16时,熔盐法最低可在1000 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相NbB粉体。(2)以Ta2O5和无定形B粉为原料,分别采用固相法和熔盐法合成了TaB2和TaB粉体。研究结果表明,当Ta2O5与B的摩尔比为3:22时,无论是固相法还是熔盐法均可在最低900 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相TaB2粉体。熔盐的加入量对所合成TaB2粉体的晶粒形貌有较大影响。当熔盐倍数为20倍时,所得TaB2粉体呈现出由纳米棒组成的花状形貌。当Ta2O5与B的摩尔比为3:16时,熔盐法最低可在1100 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相TaB粉体。(3)以TiO2和TiN为钛源,使用熔盐法无法在较低温度(1100 oC)合成出TiB2粉体。以金属单质Ti和TiH2为钛源使用熔盐法可成功合成TiB2粉体,熔盐的加入可显著降低粉体的晶粒尺寸。当熔盐倍数为20倍,以TiH2为钛源在1000 oC合成出TiB2粉体的平均等效粒径仅为60 nm。
