鹽助燃燒合成超細B、LaB6和CeB6粉體及其形成機理和調控.pdf

1、硼(B)及其金屬硼化物具有獨特的性質，如極高的比表面積、較高的界面原子分子化學活性和較好的吸附性能等等，使得這些材料的超細或納米粉體在航空航天、國防軍事、化學和冶金等領域顯示出很有前景的應用價值，發(fā)揮了愈來愈重要的作用。這些粉體的性能主要與粉體的尺寸和純度有關，將其顆粒尺寸盡可能控制在較小的范圍內，提高粉體純度，對進一步提高其使用性能具有重要意義。而粉體的尺寸、尺寸分布和純度與制備方法有關，制備方法不可避免地會影響產品性能。
　　

2、自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，簡稱SHS)技術具有：反應溫度高、反應速度快、冷卻速度快、設備簡單、能耗低等優(yōu)點，因此在合成新材料上受到青睞。但是SHS法的絕熱燃燒溫度高，反應在高溫下持續(xù)時間長，容易引發(fā)副反應，降低產品純度，導致顆粒長大和燒結團聚。為降低SHS過程的絕熱燃燒溫度，本論文在原料體系中加入稀釋劑，稀釋劑的熔化和揮發(fā)吸收了反應放出的熱量，降低了絕熱燃燒溫

3、度，從而可調控SHS反應過程，控制產品形貌、顆粒尺寸和純度。
　　本論文采用鹽助燃燒合成法大規(guī)模制備了高品質的B粉；另外嘗試了在原料中加入強還原劑NaBH4，用以制備顆粒更加細小、純度更高的B粉。通過控制制備參數獲得了超細高純度的LaB6和CeB6粉體。
　　采用掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、差式掃描量熱法(DSC)、比表面積分析儀、X射線光電子能譜(XPS)和電感耦合等離子體

4、發(fā)射光譜儀(ICP)等對制備的粉體進行了表征，研究了稀釋劑加入量、物料量、反應物料成型壓力和Mg過量等制備參數對產品形貌、尺寸、尺寸分布及純度的影響規(guī)律及其作用機制。并探討了鹽助燃燒合成法制備B及其硼化物LaB6和CeB6粉體的形成機理。
　　主要內容和結果如下：
　?。?）在B2O3-Mg體系中加入稀釋劑NaCl，采用鹽助燃燒合成法大規(guī)模制備了純度大于96wt.%的B粉，平均粒徑在微米級或亞微米級，制備的B粉是無定形態(tài)。比

5、表面積為27.62m2/g，制備的B粉具有高活性。從DSC曲線可推斷反應機制是液-液反應。
　　NaCl含量30wt.%制備的B粉的平均顆粒尺寸為1.13μm，純度為98.22wt.%。此純度是目前報道的鎂熱系制備方法中最高的，其值與物理氣相沉積法（PVD）的純度接近。當NaCl加入量為40wt.%和50wt.%時，制備的B粉平均顆粒尺寸分別為0.85μm和0.76μm，純度均大于97wt.%，達到了美國SB Boron95的標準

6、。其中NaCl加入量為50wt.%時，制備的B粉平均顆粒尺寸為0.76μm，是目前鎂熱系制備方法中能達到的粒度較佳值。
　　本文在原料體系B2O3-Mg-NaCl中添加NaBH4，大規(guī)模制備了B粉，平均顆粒尺寸為0.69μm，純度達到98.12wt.%。這些指標達到了美國 SBBoron95對B粉的要求，制備的B粉可用作固體火箭推進劑組分。
　　NaBH4是一種強還原劑，在 B2O3-Mg-NaCl體系中加入NaBH4，除了

7、可以降低燃燒合成溫度，還可以加快反應速度，另外可以使反應進行得更完全，從而提高制備的B粉純度。再者，反應速率的加快，使反應在高溫狀態(tài)持續(xù)時間短，避免了高溫下副反應的發(fā)生，也可以提高產品純度。
　?。?）本文在Mg-B2O3-La2O3體系中加入NaCl，采用鹽助燃燒合成法制備了LaB6粉體。隨著NaCl含量提高，制備的樣品顆粒尺寸越來越細小，產品純度提高。制備LaB6為立方晶，平均粒徑處在微米級或亞微米級，最小達到0.96μm，純

8、度達98.24wt.%。與文獻對比，在目前制備高純超細 LaB6的方法中，鹽助燃燒合成法最具優(yōu)勢。
　　NaCl是理想的稀釋劑，通過顯熱和潛熱有效吸收反應熱，降低燃燒合成溫度；另外，熔化的稀釋劑可以作為保護層阻止產物顆粒的團聚、燒結和氧化。
　?。?）為了提高反應溫度，滿足CeO2-B2O3-Mg體系自蔓延燃燒合成的動力學條件，使得CeB6顆粒有著良好的生長環(huán)境，向體系中添加KClO3發(fā)熱劑是必要的手段。KClO3既是發(fā)熱劑