一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103253669A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103253669103253669A(43)申请公布日2013.08.21(21)申请号201310184651.6(22)申请日2013.05.17(71)申请人航天材料及工艺研究所地址100076北京市丰台区南大红门路1号申请人中国运载火箭技术研究院(72)发明人赵彦伟周延春李军平刘宏瑞(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人安丽(51)Int.Cl.C01B31/30(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书5页说明书5页附图2页附图2页(54)发明名称一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法(57)摘要本发明涉及一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，属于结构陶瓷技术领域。将铪源氧化铪溶于水或无水乙醇中，超声分散，得到铪源溶液；将碳源溶于溶剂中，然后倒入铪源溶液中；然后加热、搅拌，得到混合均匀的反应物；将反应物装入石墨坩埚中，将石墨坩埚放入流动氩气保护或真空热处理炉内进行加热，然后随炉冷却至室温，再经研磨得到HfC粉体，得到的粉体的粒径为50～200nm。本发明的方法工艺简单、温度低、耗时短。CN103253669ACN1032569ACN103253669A权利要求书1/1页1.一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，其特征在于该方法的步骤为：1）将铪源氧化铪溶于水或无水乙醇中，超声分散，得到铪源溶液；2）将碳源溶于溶剂中，得到碳源溶液，然后将碳源溶液倒入到步骤1）中的铪源溶液中；然后加热、搅拌，得到混合均匀的反应物；3）将步骤2）得到的反应物装入石墨坩埚中，将石墨坩埚放入流动氩气保护或真空热处理炉内进行加热，然后随炉冷却至室温，再经研磨得到HfC粉体，得到的粉体的粒径为50～200nm。2.根据权利要求1所述的一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，其特征在于：碳源为蔗糖、环氧树脂或沥青中的一种，铪源为氧化铪，碳源中碳的摩尔量与铪源的摩尔量之比为3～9:1。3.根据权利要求1或2所述的一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，其特征在于：步骤1）中铪源氧化铪的纯度≥99.9wt.%，粒径为50～120nm；铪源溶液的浓度为1～5mol/L，超声分散时间为0.5～2h。4.根据权利要求1或2所述的一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，其特征在于：步骤2）中碳源溶液的浓度为3～15mol/L，碳源为蔗糖，溶剂为水。5.根据权利要求1或2所述的一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，其特征在于：步骤2）中碳源溶液的浓度为3～15mol/L，碳源为环氧树脂或沥青，溶剂为乙醇、正己烷或环己烷。6.根据权利要求1或2所述的一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，其特征在于：步骤2）中碳源为分析纯；加热温度为100～250℃，加热时间为0.5～2h；搅拌方式为磁力搅拌。7.根据权利要求1所述的一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，其特征在于：步骤3）中热处理炉的加热程序为以10°C/min的升温速率加热至1200～1600°C保温0.5～2h。2CN103253669A说明书1/5页一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法技术领域[0001]本发明涉及一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法，属于结构陶瓷技术领域。背景技术[0002]超高温陶瓷(Ultra-highTemperatureCeramics,UHTCs)是指在1800°C以上和反应气氛中(比如氧原子)具有优良的高温抗氧化、抗烧蚀性和抗热震性的过渡金属的碳化物和硼化物材料，主要包括TaC、HfC、ZrC、HfB2、ZrB2等，其优异的高温性能使得它们能够适应超高音速飞行、大气层再入、跨大气层飞行和火箭推进系统等极端环境，可用于飞行器鼻锥、机翼前缘、发动机热端等各种关键部位或部件。难熔金属碳化物TaC、HfC、ZrC是除了碳以外唯一能耐3500°C以上高温的材料体系。[0003]HfC具有高熔点(3950°±40°C)、高硬度、低蒸气压、低电导率，固相稳定性、热力学稳定性和好的抗热震性，在一定温度下还具有高强度、耐磨性，是目前人们感兴趣的超高温材料之一，主要用于核反应棒，核发动机推进器，航天飞行器和热场发射器等。但是由于HfC属于强共价键结合，扩散系数低，很难烧结致密化。采用商业用HfC粉作原料，在2200～2690°C下热压烧结或放电等离子(SPS)烧结才能获得致密的陶瓷材料。Sanders等采用3.04μm的HfC粉2330°C下热压烧结制备的陶瓷材料组织明显粗化，达到原始粉末的7倍。Sciti等在2400°C用SPS烧结获得的致密HfC陶瓷材料，其颗粒粒径达到19μm。[0004]虽然热压烧结和放电等离子烧结工艺是