碳热还原法合成硼化锆粉体影响因素探究

以氧化锆(ZrO2)、硼酸(H3 BO3)和碳(C)粉为原料,研究了不同碳粉(活性炭、石墨)与前驱体粒度、温度及保温时间对碳热还原法制备硼化锆(ZrB2)粉体的影响.通过X射线衍射(XRD)分析合成粉体物相,扫描电镜(SEM)观察合成粉体形貌,并通过化学方法分析了合成粉体中的C、O含量.结果表明:以活性炭为碳源合成的粉体形貌呈条棒状,以石墨为碳源合成的粉体形貌呈规则的块状;合成粉体的粒度随前驱体粒度减小而减小,形貌由规则的块状逐渐转变为圆滑的不规则形貌,合成ZrB2粉体最小平均粒度约为1.69μm,产物中C含量随前驱体粒度减小而减少,O含量随前驱体粒度减小而增加,氧含量最低为0.54wt％;碳热还原法合成ZrB2粉体在1500℃下是可行的,但直到1900℃碳热还原反应合成ZrB2才进行完全;碳热还原反应合成ZrB2粉体最佳的反应条件为1900℃保温30 min.     

锆英石碳热还原合成ZrB_2—SiC复合粉体

以锆英石、氧化硼、活性炭为原料,采用碳热还原合成工艺制备了ZrB2—SiC复合粉体,并对合成过程进行了热力学分析。考察了反应温度及原料配比对碳热还原合成ZrB2—SiC复合粉体的物相的组成、含量和显微结构的影响。结果表明:提高反应温度有利于ZrB2—SiC复合粉体的合成,适当过量氧化硼及活性炭有利于ZrB2—SiC复合粉体的合成。合成ZrB2—SiC复合粉体的最优参数为:当ZrSiO4、B2O3和C的摩尔比为1∶2∶12,在1 773K保温3h,可得到几乎纯相的ZrB2—SiC复合粉体。     

超细硼化锆粉体制备过程中的影响因素探究

探究了溶胶-凝胶协同碳热还原反应制备超细ZrB2粉体中Zr4+与柠檬酸的配比r、溶胶-凝胶温度T、体系pH值和分散剂含量c对ZrB2前驱体及热解产物的影响.并采用X射线衍射仪、红外光谱仪、激光粒度仪、场发射扫描电镜和透射电镜对ZrB2前驱体及热解产物进行表征和分析.结果表明:r=2,pH=4为柠檬酸和Zr4+发生络合反应的最佳条件;当T=50℃时,产物基本为球形或类球形,且粒度分布均匀;聚乙二醇除分散作用外,还能够对溶胶中团簇的交联起到“导向”作用,使热解后的晶粒排列有序,当c=2％时,可获得分散性好、尺寸均匀的产物.     

二硼化锆微粉的燃烧合成方法

二硼化锆微粉的燃烧合成方法，它涉及一种二硼化锆微粉材料的合成工艺。本发明的目的是为解决已有技术存在的需要高温高热，耗能大，生产周期长、效率低、纯度不高的问题。本发明将基础原料和稀释剂进行配料，基础原料按质量分数为：二氧化锆31％～58％；硼酐0～25％；镁粉25％～44％；稀释剂为二硼化锆；     

二硼化锆陶瓷材料及其制备技术

主要介绍了二硼化锆陶瓷的制备技术，从二棚化锆的结构，性能到制备方法都做了综述和介绍，并对其前景和问题都做了展望。     

二硼化锆系复合材料研究进展

ZrB2系复合材料具有高熔点、高硬度、高导热率等优良性能，是一种性能优异的高温结构材料，具有广泛的应用前景。本文概述了ZrB2基复合材料．如：ZrB2-Ni，ZrB2-SiC，ZrB2／B4C-Ni等的研究现状，并对其力学性能进行了评价；总结了近年来国内外在ZrB2基复合材料烧结工艺方面的研究进展。     

二硼化锆及其在耐火材料中应用

二硼化锆（ZrB2）具有高熔点、高硬度、高导热率等优点，是一种性能优异的高温结构材料．具有广泛的应用前景。本文从二硼化锆的性质和制备方法出发，对二硼化锆及其复合材料在各个领域，尤其在耐火材料领域的研究结果作一概述，并阐述了二硼化锆复合材料在性能和应用方面所面临的问题。     

分散剂对二硼化锆粉体分散稳定性的影响

通过共沉淀法获得包覆式Al2O3-Y2O3/ZrB2复合粉体并对其进行放电等离子烧结来改善ZrB2陶瓷的烧结致密度和高温抗氧化能力.为了得到很好的包覆效果,在包覆过程中,必须使得ZrB2粉体颗粒具有较好的分散稳定性.主要研究分散剂对二硼化锆粉体在水溶液中的分散稳定性影响.通过研究表明:分散剂为聚甲基丙烯酸铵(PMAA),并且当它的含量为2vol%时可以得到分散稳定性较好的二硼化锆溶浆,为改善合成更好包覆效果的包覆式Al2O3-Y2O3/ZrB2复合粉体奠定基础.     

溶胶--凝胶碳热还原法制备硼化锆超细粉体

以氧氯化锆、硼酸、葡萄糖等为原料,在柠檬酸和乙二醇的螯合作用下,采用溶胶--凝胶、碳热还原工艺合成了ZrB2超细粉体。研究了原料配比及合成温度对合成超细粉体的影响。结果表明:不同的B/Zr及C/Zr摩尔比显著影响ZrB2超细粉体的合成,其最佳摩尔比为:n(B)/n(Zr)=2.5,n(C)/n(Zr)=6.5;当热处理温度为1 773K时能够合成纯相的ZrB2超细粉体;1 773K保温2h条件下合成的ZrB2超细粉体的颗粒尺寸为1~2μm,晶粒尺寸为55nm。     

二硼化锆陶瓷增韧技术的研究进展

本文介绍了近年来二硼化锆陶瓷的增韧技术及其机制,包括弥散颗粒增韧、不同长径比相(晶须、纤维、晶片、碳纳米管等)增韧、ZrO2相变增韧、仿生结构增韧、原位反应增韧、晶须和颗粒协同增韧;展望了二硼化锆陶瓷增韧技术的未来发展趋势.     

Synthesis of ZrB2 Powders from ZrO2, BN,and C

Submicrometer (200–800 nm) ZrB₂ powders have been successfully prepared via a new ZrO₂–C–BN precursor powder system at a relatively low temperature (1550°C) for 1.5 h. As a moderate cost boron source, BN has a well‐defined stoichiometry and low impurity. Both thermodynamic and experimental results indicated that ZrC was formed below 1300°C, a temperature required for ZrB₂ formation. Moreover, the reaction of ZrC–BN mixture at 1300°C indicated that the ZrC acted as an effective direct reducing reagent for BN to form ZrB₂, indicating that the pathway involving the formation of intermediate phase ZrC determined the formation mechanism.     

Synthesis of rod-like ZrB2 powders

Rod-like ZrB₂ powders were synthesised at 1500°C in vacuum by boro/carbothermal reduction using ZrO₂, B₄C and graphite as the starting materials. During the heating process, the ZrB₂ grains primarily grow along the c axis to form a rod-like morphology without any heterogeneous catalyst. The final products are pure rod-like ZrB₂ particles, which are thought to be promising starting powders to prepare high performance ultrahigh temperature ceramics with unique microstructures such as textured one through tape casting process.     

Synthesis of Hexagonal Columnar ZrB2 Powders Through Dissolution‐Recrystallization Approach by Microwave Heating Method

Hexagonal Columnar ZrB₂ powders were obtained from irregular commercial powder at low temperature using microwave heating technique. It was confirmed that the raw ZrB₂ powders first underwent dissolution process in the glassy coating, followed by re‐crystallization. A growth mechanism involving selective attachment is proposed to explain the formation of the hexagonal tubules.     

ZrO2纤维模板自蔓延高温合成ZrB2/Al2O3复合粉

ZrB2纤维或含ZrB2纤维复合粉的制备对于发展纤维增强超高温结构陶瓷基复合材料具有重要的意义.以ZrO2纤维、B2O3和Al粉为原料,通过自蔓延高温合成法制备了含ZrB2纤维的ZrB2/Al2O3复合粉.通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线能谱,对产物的相组成、微观形貌及化学组成进行了分析表征,用差示扫描量热-热重分析研究了原料混合粉在加热过程中的反应过程.研究了氩气压力对燃烧合成产物的物相组成及ZrB2纤维结构的影响,重点分析了产物中ZrB2的存在状态.结果表明:氩气压力为1.5 MPa下,产物相组成为ZrB2和Al2O3.部分ZrB2以ZrO2纤维为模板形成ZrB2纤维;部分ZrB2以颗粒形式分散在ZrB2/Al2O3复合粉中.生成的ZrB2纤维,表面粗糙,结构较为完整,直径约为10 μm.     

有机前驱体中添加ZrB2和SiC微粉制备Cf/SiC-ZrB2复合材料

通过在有机前驱体溶液中加入惰性填料ZrB_2和SiC微粉,制备了C_f/SiC-ZrB_2复合材料。分别研究了三组不同含量的料浆对复合材料浸渍裂解效果的影响,并借助扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对制备的Cf/SiC-ZrB2复合材料的微观结构和元素组成进行了分析。研究表明:在有机前驱体溶液中添加无机粉体浸渍复合材料能够起到缩短制备周期、提高材料强度的目的。当加入惰性填料的质量分数为15%时,能够在8个制备周期内将复合材料的密度快速提升到2.0g?cm~(-3),而且制备的材料内部结构致密,力学性能优异。     

硼热/碳热还原反应合成ZrB_2-SiC复合粉体及其抗氧化性能

以锆英石、氧化硼和活性炭为原料,通过硼热/碳热还原合成工艺制备Zr B2-Si C复合粉体。用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了Zr B2-Si C复合粉体的物相组成和显微结构。用综合热分析仪研究Zr B2-Si C复合粉体的氧化动力学。结果表明:以锆英石为原料,采用硼热/碳热还原反应工艺,1 500℃反应3 h,合成出纯相Zr B2-Si C复合粉体;复合粉体中,Zr B2呈柱状或颗粒状,Si C则呈晶须状。采用Kissinger法和Ozawa法,计算了Zr B2和Si C的表观活化能,其数值分别为369和211 k J/mol。     

壳核式Al2O3-Y2O3 /ZrB2复合粉体的放电等离子烧结行为研究

ZrB2具有优良的物理特性和化学稳定性而应用于许多领域,但是ZrB2难以烧结致密和在高温条件下容易被氧化.为了充分发挥ZrB2的优点,改善ZrB2的缺点,本文采用共沉淀法制备壳核式Al2O3-Y2O3 /ZrB2复合粉体,通过放电等离子烧结法制备高致密的ZrB2-YAG陶瓷.在相同实验条件下得到的纯ZrB2陶瓷的相对密度都很低,在85%以下.通过此种方法加入少量YAG后,烧结密度得到明显提高,随YAG添加量的增加相对密度增加.添加量超过30wt%后,可以达到几乎完全致密的ZrB2-YAG陶瓷.     

微波烧结技术及其在ZrB2合成中的应用

综述了微波烧结的原理及特点,ZrB2在耐火材料的应用及合成方法等.通过铝热法微波合成ZrB2的试验,指出微波合成方法可有效地降低ZrB2生产成本,扩大其在耐火材料中的应用.     

Synthesis of rod-like ZrB2 crystals by boro/carbothermal reduction

Rod-like ZrB₂ crystals were synthesized at 1600 °C in Ar atmosphere by boro/carbothermal reduction using ZrOCl₂⋅8H₂O, B₄C and carbon powders as raw materials. The optimum molar ratio of raw materials required to form pure ZrB₂ grains was found to be 2: 1.2: 3. With increase in temperature and subsequent heat preservation stage, ZrB₂ powders grew into a rod-like morphology along the c axis. The rod-like ZrB₂ grains obtained at 1600 °C have diameters of 0.5–3 μm and high aspect ratios of >8. Effects of molar ratio of raw materials, heating temperature and holding time on the phase composition and final morphology were investigated. Growth mechanism of rod-like ZrB₂ grains was also analyzed.     

Laser modified microstructures in ZrB2, ZrB2/SiC and ZrC

Microstructural evolution of spark plasma sintered ZrB₂, ZrB₂/20 vol.% SiC (ZS20) and ZrC ultra high temperature ceramics (UHTCs) during laser heating has been investigated. Laser heating at temperatures between 2000 and 3750 °C for up to 300 s, in air or vacuum, resulted in extensive bubble and crater formation on the surfaces of 10 mm diameter samples. However, even after exposure to ultra high temperatures, samples did not disintegrate. X-ray diffraction of exposed faces of ZrB₂ and ZS20 samples laser heated in air up to 2700 °C detected only crystalline zirconia. A wide range of morphologies, including nodules, needles, nanofibres and lamella, were observed. The surface of ZrC samples, laser heated in vacuum up to 3750 °C, were characterised by dendritic and eutectic morphologies. Other features associated with melting, such as solidification cracks and trapped porosity, were also observed. A complex array of mechanisms involving solid, liquid and vapour phases led to formation of these various morphologies including melting, oxidation, volatilisation and liquid flow