專(zhuān)利名稱(chēng)：一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉及其制備方法，主要應(yīng)用于陶瓷材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硼化鈦(TiB2)是硼、鈦元素最穩(wěn)定的化合物，為C32型結(jié)構(gòu)，以共價(jià)鍵形式結(jié)合，屬六方晶系的準(zhǔn)金屬化合物。它的熔點(diǎn)高達(dá)3225°C，硬度可達(dá)HV30-40GP。TiB2還具有良好的耐磨性，優(yōu)異的抗化學(xué)腐蝕性，高的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率等。TiB2陶瓷適用于制備耐火材料、精加工刀具、導(dǎo)電蒸發(fā)舟、擠壓模、噴砂嘴、燈泡外殼、密封元件等，尤其在硬質(zhì)合金刀具以及特種陶瓷容器材料等方面的應(yīng)用更為廣泛。另外，硼化鈦可與TiC，TiN, SiC等材料組·成復(fù)合材料，制作各種耐高溫部件及功能部件，也是制作裝甲防護(hù)材料的最好材料之一。氮化鈦(TiN)屬于典型的NaCl型結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣。氮化鈦(TiN)是一種新型多功能材料，它具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐酸堿侵蝕、耐磨損以及良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制備金屬陶瓷、切削工具、模具，以及熔煉金屬用坩堝，熔鹽電解金屬用電極的襯里材料，電觸點(diǎn)和金屬表面的被覆材料、超導(dǎo)材料、耐火材料以及高溫潤(rùn)滑劑等等。由以上對(duì)TiB2和TiN的介紹可知，TiB2-TiN 二元復(fù)合材料具有高硬度、高熔點(diǎn)、耐磨性?xún)?yōu)異、斷裂韌性強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、良好的導(dǎo)電性能和熱傳導(dǎo)性能，這些獨(dú)特的性能使得TiB2-TiN復(fù)合材料在超硬材料、導(dǎo)電材料、耐磨材料、軍工復(fù)合裝甲材料、噴氣式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)材料等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。目前研究比較多的TiB2-TiN二元復(fù)合材料主要是關(guān)于TiB2-TiN復(fù)合薄膜和復(fù)合陶瓷的相關(guān)制備、性能方面的研究。TiB2-TiN復(fù)合薄膜的制備方法主要為化學(xué)氣相沉積、等離子體法和磁控濺射法，復(fù)合陶瓷的制備方法主要為放電等離子體燒結(jié)、電火花燒結(jié)、熱壓燒結(jié)和熱沖擊壓制方法。對(duì)于TiB2-TiN復(fù)合陶瓷原料粉體的制備，國(guó)內(nèi)外報(bào)道的比較少，主要制備方法分為高能球磨輔助熱處理法和自蔓延合成法。高能球磨輔助熱處理法使用的原料為高純Ti粉和BN粉，球磨時(shí)間為30-40h，熱處理溫度為300-1300°C，保溫時(shí)間為Ih,產(chǎn)物為粒子形貌，該方法能耗較高、時(shí)間長(zhǎng)。自蔓延合成法是一種比較適合工業(yè)化制備TiB2-TiN復(fù)合陶瓷粉的方法，以前報(bào)道使用的主要原料為高純TiH2粉、Ti粉、BN粉和非晶B粉，一般用TiN或TiB2作為稀釋劑，首先經(jīng)過(guò)球磨IOh處理原料，然后冷壓成為圓柱狀塊體，最后在自蔓延反應(yīng)爐內(nèi)頂端鎢絲點(diǎn)火制備復(fù)合粉，獲得產(chǎn)物呈粒子形貌，該方法原料較貴，制備工藝流程復(fù)雜，對(duì)自蔓延反應(yīng)器設(shè)計(jì)要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提出的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉及其制備方法，通過(guò)球磨輔助的可控自蔓延方法大批量制備了結(jié)構(gòu)新穎的TiB2-TiN納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷粉體，原料低廉易得，制備工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下
一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，它是按照如下步驟制備得到的
(O按照摩爾比為I (1-2. 7) : (1-4) : (1-4) : (O. 35-1)準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)、硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)作為原料備用；
(2)將三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)混合后進(jìn)行球磨處理，得到球磨料；將球磨料與硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)研磨混合均勻，然后倒入鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為700-850°C、高純氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，保溫8-15分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物；
(3)將獲得的粗產(chǎn)物提純和干燥，即得到二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。
按上述方案，所述的球磨處理采用公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為400-500轉(zhuǎn)/分，自傳轉(zhuǎn)速為200-250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為1-2小時(shí)。按上述方案，所述氮?dú)獾臍鈮簽镺. 2-0. 8Mpa。按上述方案，所述提純?yōu)閷⒋之a(chǎn)物分散在蒸餾水中，加入36_38wt%鹽酸，于50-80°C下加熱攪拌6-12小時(shí)后抽濾，用乙醇洗滌干凈。按上述方案，所述干燥是真空干燥12-24小時(shí)。所述的二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的制備方法，它包括如下步驟
Cl)按照摩爾比為 I (1-2. 7) : (1-4) : (O. 5-3. 5) : (O. 35-1)準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)、硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)作為原料備用；
(2)將三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)混合后進(jìn)行球磨處理，得到球磨料；將球磨料與硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)研磨混合均勻，然后倒入鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為700-850°C、高純氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，保溫8-15分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物；
(3)將獲得的粗產(chǎn)物提純和干燥，即得到二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。按上述方案，所述的球磨處理采用公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為400-500轉(zhuǎn)/分，自傳轉(zhuǎn)速為200-250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為1-2小時(shí)。按上述方案，所述氮?dú)獾臍鈮簽镺. 2-0. 8Mpa。按上述方案，所述提純?yōu)閷⒋之a(chǎn)物分散在蒸餾水中，加入36_38wt%鹽酸，于50-80°C下加熱攪拌6-12小時(shí)后抽濾，用乙醇洗滌干凈。按上述方案，所述干燥是真空干燥12-24小時(shí)。本發(fā)明中涉及到的TiB2-TiN納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程擬發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)過(guò)程
B2O3+ Ti02+Mg+ KBH4 +ΝΗ4Ν03+Ν2 — TiB2+TiN+Mg0+K0H +H2O (I)
B2O3+ TiO2+ 5Mg — Ti*+2B* + 5Mg0(2)
3B203+ 8Ti02+10 KBH4 — 8Ti*+ 16B*+ 10K0H + 15H20(3)
Ti*+ B* — TiB2(4)
NH4NO3 — N*+N02+H20(5)TiB2+ N* — [B-Ti-N] — [TiB2-TiN](6)
對(duì)上述反應(yīng)方程式(2)、式(3)進(jìn)行化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算得到標(biāo)態(tài)下的焓變分別為AZZ2=-15. 88kJ/(gramTiB2), A^3= +5. 89kJ/(gramTiB2)，因此，反應(yīng)式(2)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)式
(3)為吸熱反應(yīng)，添加少量順4勵(lì)3作為反應(yīng)體系的自蔓延引發(fā)試劑并提供氮源。通過(guò)改變反應(yīng)式(3)的吸熱比例，從而調(diào)控自蔓延反應(yīng)的劇烈程度，最終獲得品質(zhì)優(yōu)良的TiB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。本發(fā)明制備TiB2-TiN納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可能反應(yīng)機(jī)制為在450°C左右B2O3變?yōu)橐簯B(tài)，在650°C左右Mg變?yōu)橐簯B(tài)，Mg與B2O3反應(yīng)釋放出大量熱量并生成活性B*原子和MgO，在高溫條件下，Mg與一部分TiO2反應(yīng)生成活性Ti*原子和MgO (式2)。鎂熱還原反應(yīng)(式2)釋放出的大量熱量引發(fā)強(qiáng)還原劑KBH4的分解并發(fā)生吸熱反應(yīng)生成化學(xué)活性的Ti*原子和B*原子，同時(shí)生成副產(chǎn)物KOH和!120 (式3)。反應(yīng)式⑵和(3)獲得的活性Ti*原子和B*原子在高溫下結(jié)合生成納米TiB2液滴(式4)。NH4NO3在高溫下分解為活性的N* 原子、NO2和H2O分子(式5)。自蔓延模式下，生成的活性納米TiB2液滴在局部微觀范圍內(nèi)隨機(jī)向四周濺射出去，液滴在飛濺的過(guò)程中，液滴表面的部分TiB2粒子與活性N*結(jié)合生成TiB2-TiN納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)(式6)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
第一，本發(fā)明以比較簡(jiǎn)單易得的物質(zhì)為原料，通過(guò)球磨輔助的可控自蔓延方法大批量制備了結(jié)構(gòu)新穎的TiB2-TiN納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷粉體，顆粒大小為100-500nm，表面包覆多枝形狀的納米棒，納米棒直徑為10-40nm，長(zhǎng)度為50_200nm，制備工藝簡(jiǎn)單，對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要求較低，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)；
第二，本發(fā)明引入通過(guò)引入吸熱反應(yīng)(吸熱反應(yīng)主要是上面那個(gè)第三個(gè)反應(yīng)方程式焓變大于零)來(lái)調(diào)控整個(gè)反應(yīng)體系的熱效應(yīng)，可以降低自蔓延反應(yīng)的溫度、抑制過(guò)高溫度下的副產(chǎn)物的形成，從而提高了 TiB2-TiN復(fù)合粉體的純度。第三，本發(fā)明反應(yīng)過(guò)程中形成大量氣體，不僅可以抑制產(chǎn)物晶粒生長(zhǎng)和燒結(jié)團(tuán)聚，而且利于反應(yīng)過(guò)程中形成的TiB2粒子在局部微觀范圍內(nèi)隨機(jī)向四周濺射，最終形成新穎的TiB2-TiN納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)。


圖I為二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的X射線衍射(XRD)圖譜。圖2為二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的場(chǎng)發(fā)射電鏡(FESM)。圖3為二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的X射線能量色散譜(EDS)。圖4為二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的透射電鏡( Μ)。圖5為二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的高分辨率透射電鏡(HRTEM)。圖6為二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的選區(qū)電子衍射(SAED)圖像。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。下述實(shí)施例所用的三氧化二硼(B203)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)、硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)粒度為100-300目，都是分析純?cè)噭Ｏ率鰧?shí)施例中所得產(chǎn)物的X-射線衍射分析(XRD)使用Rigaku D/MAX-LLIA型X射線粉末衍射儀(入=1.5406Α)，2Θ為10-90 ;用Hitachi S-4800 FSEM型的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FSEM)觀察形貌；元素成分分析使用Hitachi S-4800 FSEM自帶EDS ;用JEM2100-F型、Philips CM12透射電子顯微鏡(TEM)研究樣品內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物在無(wú)水乙醇中超聲分散，滴加到銅網(wǎng)上。實(shí)施例I
一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，它是按照如下步驟制備得到的
(1)按照摩爾比為1:1.34:4:0.65:0. 35準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3) 22. 65g、二氧化鈦(TiO2) 34. 26g、鎂粉(Mg) 31. 65g、硼氫化鉀(KBH4) 11. 75g 和硝酸銨(NH4NO3) 9g 作為原 料備用；
(2)將三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)倒入行星式球磨罐內(nèi)，球磨機(jī)公轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為2小時(shí)，得到球磨料；將球磨料與硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)研磨10分鐘，然后倒入鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為700°C、高純氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，氣壓為O. 2Mpa，保溫12分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物；
(3)將獲得的粗產(chǎn)物加入蒸餾水中，加入36wt.%鹽酸，于60°C下加熱攪拌12小時(shí)，溶解產(chǎn)物中的可溶雜質(zhì)、金屬及其氧化物，抽濾后，用乙醇洗滌干凈，然后在真空干燥24小時(shí)，即可獲得黑色二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉39. 45g。圖I給出了制備得到的TiB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的典型XRD譜圖。由圖可知，圖中含有分別對(duì)應(yīng)于TiB2和TiN的衍射峰，衍射峰1、2、5、6、7、9、10和11處的衍射峰分別應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)卡號(hào)為 PDF#65-1073 所述 TiB2 的(001)、(100)、(101)、(002)、(110)、(111)、(200)、(201)晶面；在3、4和8處的衍射峰分別應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)卡號(hào)為PDF#65_5774所述TiN的(111)、(200)和(220)晶面；另外，樣品衍射譜圖中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)屬于其他物質(zhì)和副產(chǎn)物的衍射峰，例如BN、Mg0、K0H等等。由XRD分析結(jié)果可知，獲得的樣品為T(mén)iB2-TiN異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。圖2給出了制備得到的TiB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的典型FESM照片(a為局部低倍圖，b局部高倍圖)。由照片可知，復(fù)合粉體顆粒大小100-500nm，顆粒表面包覆有一層多枝狀的納米棒，納米棒直徑為10-40nm，長(zhǎng)度為50_100nm ;部分異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部晶粒基本消失不見(jiàn)，呈現(xiàn)共端點(diǎn)的散射多枝狀形貌；每一個(gè)異質(zhì)結(jié)構(gòu)分布均勻，顆粒之間沒(méi)有團(tuán)聚和燒結(jié)現(xiàn)象，呈現(xiàn)多孔疏松狀。圖3給出了制備得到的TiB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的典型EDS譜圖。由圖可知，硼、氮、鈦的原子摩爾比例為B:N:Ti=6:5:8，對(duì)應(yīng)TiB2 與TiN摩爾比例為3:5。氧元素的存在可能是由于樣品表面水解所致。圖4給出了制備得到的TiB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的典型TEM照片(a為局部低倍圖，b局部高倍圖)，顆粒大小為100-200nm，顆粒表面多枝狀納米棒直徑為10_30nm,長(zhǎng)度為 50_150nm。圖5給出了制備得到的TiB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的典型HRTEM照片。如圖所示，異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體表面單個(gè)納米棒就像針尖一樣，離晶體表面越遠(yuǎn)，納米棒直徑逐漸變小；納米棒外壁呈現(xiàn)非晶狀，統(tǒng)計(jì)測(cè)量晶面間距可知，(I1=O. 319nm, d2=0. 241nm, (I1對(duì)應(yīng)于TiB2標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片#65-1073的(001)晶面，d2對(duì)應(yīng)于TiN標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片#87-0633的(111)晶面；納米棒晶體中，TiB2晶面沿著納米棒生長(zhǎng)方向，TiN晶面與TiB2晶面組成一個(gè)夾角。圖6給出了制備得到的TiB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的TiB2-TiN納米復(fù)合粉體樣品的典型SAED照片。通過(guò)計(jì)算表明從內(nèi)到外1-9九個(gè)衍射環(huán)中，衍射環(huán)1、4、6、8、9分別對(duì)應(yīng)于 TiB2 標(biāo)準(zhǔn) PDF 卡片 #65-1073 中的(001)，(002)，(111)，(201)和(003)晶面，衍射環(huán)2、3、5、7分別對(duì)應(yīng)于TiN標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片#87-0633中的(111)，(200)，(220)和(311)晶面，表明產(chǎn)物為T(mén)iB2-TiN納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。實(shí)施例2
一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，它是按照如下步驟制備得到的
(1)按照摩爾比為1:2.67:1:3. 34:1準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3) 12. 35g、二氧化鈦(TiO2)34. 34g、鎂粉(Mg) 4. 15g、硼氫化鉀(KBH4) 29. 15g和硝酸銨(NH4NO3) 13g作為原料備用；
(2)將三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)倒入行星式球磨罐內(nèi)，球磨機(jī)公轉(zhuǎn)400轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)200轉(zhuǎn)/分,球磨時(shí)間為I小時(shí)，得到球磨料；將球磨料與硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)混合研磨10分鐘，然后倒入250ml鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為800°C、0. 5Mpa高純氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，保溫10分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物；
(3)將粗產(chǎn)物加入蒸餾水中，加入38wt.%鹽酸，于50°C下加熱攪拌12小時(shí)，溶解產(chǎn)物中的可溶雜質(zhì)、金屬及其氧化物，抽濾、乙醇洗滌，在80°C下真空干燥24小時(shí)，即可獲得黑色二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉37. 65g。通過(guò)XRD、FSEM、TEM/HRTEM分析可知，產(chǎn)物為二硼化鈦_氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，顆粒大小100-400nm，顆粒表面包覆有一層多枝狀的納米棒，納米棒直徑為10_30nm,長(zhǎng)度為 50_150nm。實(shí)施例3
一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，它是按照如下步驟制備得到的
Cl)按照摩爾比為1:1. 59:3. 19:1. 2:0. 5準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3) 20. 65g、二氧化鈦(TiO2) 34. 40g、鎂粉(Mg) 20. 95g、硼氫化鉀(KBH4) 17. 46g 和硝酸銨(NH4NO3) Ilg 作為原料備用；
(2)將三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)倒入行星式球磨罐內(nèi)，球磨機(jī)公轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為I. 5小時(shí)，得到球磨料；將球磨料與NH4NO3和KBH4混合研磨10分鐘，然后倒入250ml鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為700°C、O. SMpa高純氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，保溫15分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物；
(3)將粗產(chǎn)物加入蒸餾水中，加入36wt.%鹽酸，于80°C下加熱攪拌6小時(shí)，溶解產(chǎn)物中的可溶雜質(zhì)、金屬及其氧化物，抽濾、乙醇洗滌，在70°C下真空干燥12小時(shí)，即可獲得黑色二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉38. 55g。通過(guò)XRD、FSEM、TEM/HRTEM分析可知，產(chǎn)物為二硼化鈦_氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，顆粒大小100-500nm，顆粒表面包覆有一層多枝狀的納米棒，納米棒直徑為10_50nm,長(zhǎng)度為 50_100nm。實(shí)施例4一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，它是按照如下步驟制備得到的
(1)按照摩爾比為1:2:2:2:0.8準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3)16. 55g、二氧化鈦(TiO2)34. 45g、鎂粉(Mg) 10. 54g、硼氫化鉀(KBH4) 23. 35g和硝酸銨(NH4NO3) 13. 5g作為原料備用；
(2)將三氧化二硼(B2O3)、二氧化 鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)倒入行星式球磨罐內(nèi)，球磨機(jī)公轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為2小時(shí)，得到球磨料；將球磨料和ΝΗ4Ν03、ΚΒΗ4混合研磨10分鐘，然后倒入250ml鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為850°C、0. 4Mpa高純氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，保溫8分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物；
(3)將粗產(chǎn)物加入蒸餾水中，加入36wt.%鹽酸，于60°C下加熱攪拌12小時(shí)，溶解產(chǎn)物中的可溶雜質(zhì)、金屬及其氧化物，抽濾、乙醇洗滌，在80°C下真空干燥24小時(shí)，即可獲得黑色二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉37. 75g。通過(guò)XRD、FSEM、TEM/HRTEM分析可知，產(chǎn)物為二硼化鈦_氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，顆粒大小100-450nm，顆粒表面包覆有一層多枝狀的納米棒，納米棒直徑為10_40nm,長(zhǎng)度為 50_150nm。實(shí)施例5
與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于(I)按照摩爾比為1:1:1:0. 5:0. 35準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)、硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)作為原料備用。通過(guò)XRD、FSEM、TEM/HRTEM分析可知，產(chǎn)物為二硼化鈦_氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，顆粒大小100-450nm，顆粒表面包覆有一層多枝狀的納米棒，納米棒直徑為10_40nm,長(zhǎng)度為 50_150nm。實(shí)施例6
與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于(I)按照摩爾比為1:2. 7:4:3. 5:1準(zhǔn)備三氧化二硼(B2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鎂粉(Mg)、硼氫化鉀(KBH4)和硝酸銨(NH4NO3)作為原料備用。通過(guò)XRD、FSEM、TEM/HRTEM分析可知，產(chǎn)物為二硼化鈦_氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，顆粒大小100-400nm，顆粒表面包覆有一層多枝狀的納米棒，納米棒直徑為10_30nm,長(zhǎng)度為 50_150nm。
權(quán)利要求
1.一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于它是按照如下步驟制備得到的 (1)按照摩爾比為I(1-2. 7) : (1-4) : (O. 5-3. 5) : (O. 35-1)準(zhǔn)備三氧化二硼、二氧化鈦、鎂粉、硼氫化鉀和硝酸銨作為原料備用； (2)將三氧化二硼、二氧化鈦、鎂粉混合后進(jìn)行球磨處理，得到球磨料；將球磨料與硼氫化鉀和硝酸銨研磨混合均勻，然后倒入鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為700-850°C、氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，保溫8-15分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物； (3)將獲得的粗產(chǎn)物提純和干燥，即得到二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于所述的二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉顆粒大小為100-500nm，表面包覆多枝形狀的納米棒，納米棒直徑為10-40nm，長(zhǎng)度為50_200nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于所述的球磨處理采用公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為400-500轉(zhuǎn)/分，自傳轉(zhuǎn)速為200-250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為1-2小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于氮?dú)獾臍鈮簽镺. 2-0. 8Mpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于所述提純工藝為將粗產(chǎn)物分散在蒸餾水中，加入36-38wt%鹽酸，于50-80°C下加熱攪拌6-12小時(shí)后抽濾，用乙醇洗滌干凈。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于所述干燥是真空干燥12-24小時(shí)。
7.權(quán)利要求I所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉的制備方法，其特征在于它包括如下步驟 Cl)按照摩爾比為I (1-2. 7) : (1-4) : (O. 5-3. 5) : (O. 35-1)準(zhǔn)備三氧化二硼、二氧化鈦、鎂粉、硼氫化鉀和硝酸銨作為原料備用； (2)將三氧化二硼、二氧化鈦、鎂粉混合后進(jìn)行球磨處理，得到球磨料；將球磨料與硼氫化鉀和硝酸銨研磨混合均勻，然后倒入鋼制反應(yīng)罐中壓實(shí)，再將反應(yīng)罐放入溫度為700-850°C、氮?dú)鈮毫ΡＷo(hù)的氣氛爐中，保溫8-15分鐘，冷卻至室溫后得到粗產(chǎn)物； (3)將獲得的粗產(chǎn)物提純和干燥，即得到二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于所述的球磨處理采用公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為400-500轉(zhuǎn)/分，自傳轉(zhuǎn)速為200-250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為1-2小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于氮?dú)獾臍鈮簽镺. 2-0. 8Mpa。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，其特征在于所述提純工藝為將粗產(chǎn)物分散在蒸餾水中，加入36-38wt%鹽酸，于50-80°C下加熱攪拌6-12小時(shí)后抽濾，用乙醇洗滌干凈；所述干燥是真空干燥12-24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉，它是按照如下步驟制備得到的(1)準(zhǔn)備三氧化二硼、二氧化鈦、鎂粉、硼氫化鉀和硝酸銨作為原料備用；(2)將三氧化二硼、二氧化鈦、鎂粉混合后進(jìn)行球磨處理后，與硼氫化鉀和硝酸銨研磨均勻，倒入反應(yīng)罐，再將反應(yīng)罐放入溫度為700-850℃、氮?dú)獗Ｗo(hù)的氣氛爐中，保溫8-15分鐘，得到粗產(chǎn)物；(3)將獲得的粗產(chǎn)物提純和干燥，即得到二硼化鈦-氮化鈦納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷粉。本發(fā)明使用的原料價(jià)格低廉，工藝流程簡(jiǎn)單有效，能耗低，對(duì)反應(yīng)裝置的要求較低，獲得產(chǎn)物為表面多枝狀的異質(zhì)納米晶體，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/626GK102898140SQ201210381199
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者王為民, 王吉林, 李自力, 谷云樂(lè), 傅正義 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)