自蔓延鎂熱還原法制備六硼化鈣粉末研究.pdf

1、作為一種重要的金屬硼化物，CaB6具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高的化學(xué)穩(wěn)定性、低的電子功函數(shù)、較強(qiáng)的中子吸收能力等優(yōu)異性能，被廣泛用作耐火材料、金屬脫氧劑、中子吸收劑、耐磨劑及功能陶瓷材料等。一般來說，用來制備CaB6的硼源為B4C或B2O3，但這兩種原料都需在高溫下獲得，生產(chǎn)成本很高。本研究以價(jià)格低廉的六硼酸鈣為原料，以金屬鎂粉為還原劑，采用燃燒合成法成功制備了CaB6粉末。 為了獲得較好的硼酸鈣原料，對(duì)水熱合成的五水合六硼酸鈣進(jìn)行了

2、熱分析和高溫研究。熱分析結(jié)果表明CaB6O10·5H2O分四步脫水，在800℃處有一個(gè)相變放熱峰，900℃附近出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰；化學(xué)分析、XRD分析等表明CaO10·5H2O在600℃保溫2h結(jié)晶水全部脫去，并轉(zhuǎn)化為無定形的無水六硼酸鹽CaB6O10，800℃非晶態(tài)CaB6O10向晶態(tài)轉(zhuǎn)變并放出熱量，900℃晶態(tài)CaB6O10分解為四硼酸鈣CaB4O7和玻璃態(tài)的B2O3。 基于熱力學(xué)理論對(duì)CaB6O10-Mg體系絕熱溫度和反應(yīng)吉布

3、斯自由能進(jìn)行了理論計(jì)算和分析。結(jié)果表明體系絕熱溫度高達(dá)2406.69K，高溫下CaB6O10分解為B2O3和CaO，體系中B2O3-MgO、B2O3-CaO、Ca3(BO3)2-B2O3-Mg、B2O3-CaO—Mg等反應(yīng)吉布斯自由能均小于0，都有可能發(fā)生。XRD分析表明燃燒產(chǎn)物中除CaB6和MgO外，還存在副產(chǎn)物Mg3B2O6和Ca3(BO3)2，采用1+1鹽酸煮沸30min除去副產(chǎn)物可獲得較純凈的CaB6粉末。在熱力學(xué)分析、差熱分析

4、、燃燒產(chǎn)物XRD分析等基礎(chǔ)上建立了CaB6O10-Mg體系反應(yīng)模型，探析了燃燒反應(yīng)機(jī)理。 工藝規(guī)律研究表明，增大原料粒徑和制樣壓力有助于氧化還原反應(yīng)的發(fā)生；Mg粉過量5-15wt.％，原料轉(zhuǎn)化率有所提高，但過量超過15wt.％轉(zhuǎn)化率急劇降低，最佳鎂粉使用量為過量5wt.％；添加稀釋劑會(huì)大大降低原料轉(zhuǎn)化率，當(dāng)添加量為40wt.％時(shí)燃燒反應(yīng)不再發(fā)生；熱爆溫度高于600℃原料坯體才能被點(diǎn)燃，溫度越高越利于燃燒反應(yīng)的進(jìn)行；制樣時(shí)添加粘結(jié)