技术领域
[0001] 本
发明属于一种超硬材料制备的技术领域，特别涉及主要组分为五硼化二钼(Mo2B5)、二硼化钼(MoB2)、硼化钼(MoB)、硼化二钼(Mo2B)的
硼化物高温高压的制备方法。
背景技术
[0002] 超硬材料(维氏硬度大于40GPa)以其耐高压、抗磨损、化学性质稳定等特性，作为切削、打磨、
抛光等加工工具的材料，作为机械部件上的抗磨损涂层等，在军事、工业等领域有重大用途，是一个国家制造业
水平的重要体现。现有的超硬材料主要集中在B、C、N、O等轻元素中形成的化合物，如金刚石、
立方氮化硼、BC2N、BC5等。这些材料的应用均存在一定的局限性。寻找新型多功能的超硬材料，一直是材料学、物理学、工程学的热点领域。过渡族金属硼化物具有优异的
力学、电学性能，有望成为潜在的新型超硬材料。如ReB2是已知唯一具有金属性质的超硬材料，其维氏硬度高达40.5Gpa。Mo元素为高熔点的过渡族金属，并且Mo还具有良好的
导电性。Mo与B形成的化合物，则有望成为高硬度和良好电学性质的新功能材料。
[0003] 一般而言，合成过渡族金属硼化物，需要较高的
温度和较长的高温
烧结反应时间。因此，在制备过程中均需要
铝Al等作为
助熔剂来降低反应温度和缩短反应时间。并且，在单一元素的硼化物中，不同化学计量配比的硼可与该元素形成多种成分的化合物。这些因素不仅造成了制备单一相硼化物十分困难，还容易在该化合物中引入除了Mo与B元素外的杂质，此外，大部分过渡金属硼化物脆性很高，制备出的样品难以形成整个的
块状物，大多为粉末，使样品的硬度、电导率等性质很难测得。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是采用新的制备钼的硼化物材料的方法——高温高压合成方法，该方法不采用任何助熔剂，主要通过原料的配比、合成温度和压力来调整钼的硼化物的材料组分和纯度，制备出较高纯度的Mo2B、MoB、MoB2、Mo2B5；并且该方法易于实施。
[0005] 本发明所述的钼的硼化物是Mo2B5(五硼化二钼)、MoB2(二硼化钼)、MoB(硼化钼)或Mo2B(硼二钼)。
[0006] 本发明的具体技术方案时如下所述。
[0007] 一种钼的硼化物的高温高压制备方法，所述的钼的硼化物主要组分是Mo2B、MoB、MoB2或/和Mo2B5；以钼粉(Mo)和硼粉(B)为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得钼的硼化物材料；所述的混料压块，是将钼粉和硼粉按摩尔比2∶1～5进行混合，按合成腔体大小压成块状；所述的组装，是将块状原料装入加
热容器，放入合成腔体中；所述的高温高压合成，是在高压装置上进行，在压力为1.0～6.0GPa、温度为
1500～2100K下保温保压10～120分钟；所述的冷却卸压，是停止加热后自然冷却后卸压。
合成的产物是钼的硼化物块状烧结体。
[0008] 本发明的合成实验可以在国产DS029B型六面顶压机上完成。实验表明，合成压力的大小、温度、原材料的配比是影响Mo2B、MoB、MoB2、Mo2B5材料相及其纯度的重要因素，最佳原料配比是钼粉和硼粉按摩尔比分别为2∶1、1∶1、1∶2或1∶2.5，按此配比可以合成出单一相的Mo2B、MoB、MoB2或Mo2B5块状烧结体；最佳合成压力范围为4.8～5.2GPa，最佳合成温度范围为1600～2000K，保温保压15～90分钟。
[0009] 所述的冷却卸压，还可以是停止加热后先保压3～8分钟后卸压，再自然冷却至室温。这样有利于对设备的保护、减少压机的使用时间、提高压力的使用效率。
[0010] 本发明方法简单，易于实施；不采用任何(比如金属铝等)助熔剂；通过优选的原料配比、合成温度、合成压力和保温保压时间，可以分别合成出单一相的Mo2B、MoB、MoB2、Mo2B5材料，并且是块状的高纯度的产品。
附图说明
[0011] 附图1是本发明
实施例1制备的硼化二钼化合物X光衍射图。
[0012] 附图2是本发明实施例2制备的一硼化钼化合物X光衍射图。
[0013] 附图3是本发明实施例3制备的二硼化钼化合物X光衍射图。
[0014] 附图4是本发明实施例4制备的五硼化二钼化合物X光衍射图。
[0015] 附图5是本发明实施例5制备的硼化二钼化合物X光衍射图。
[0016] 附图6是本发明实施例6制备的一硼化钼化合物X光衍射图。
[0017] 附图7是本发明实施例7制备的硼钼化合物X光衍射图。
[0018] 附图8是本发明实施例8制备的硼钼化合物X光衍射图。
[0019] 附图9是本发明实施例9制备的硼钼化合物X光衍射图。
具体实施方式
[0020] 以下实施例都是在国产DS029B型六面顶压机上完成的，为了保持样品腔体温度均匀性，组装是旁热式加热方式；为了使合成材料及原料在制备中不被
氧化，合成腔体内应当是
真空环境。合成产物是块状烧结体。
[0021] 实施例1
[0022] 将分析纯的粒度1～5微米的钼粉(Mo)与粒度1～5微米的硼粉(B)按摩尔比2∶1混合，粉压成型后，将样品装入高压腔体中。组装腔体中用
石墨作加
热管，用白
云石做绝缘管，叶腊石做传压介质，合成压力为4.8GPa，温度1800K，保压保温时间30分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的主要成分为Mo2B，还有部分Mo存在。具体的X光结果见图1。
[0023] 实施例2
[0024] 采用与实施例1相同的原材料粉，按照按摩尔比1∶1混合，粉压成型后采用实施例1的组装，合成压力为4.8GPa，温度1800K，保压保温时间1小时，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB。具体的X光结果见图2。
[0025] 实施例3
[0026] 采用与实施例1相同的原材料粉，按摩尔比1∶2混合，粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为5.2GPa，温度2000K，保压保温时间15分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB2。具体的X光结果见图3。
[0027] 实施例4
[0028] 采用与实施例1相同的原材料粉，按摩尔比2∶5混合，粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为5.2GPa，温度1800K，保压保温时间1小时，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相Mo2B5。具体的X光结果见图4。
[0029] 实施例5
[0030] 采用与实施例1相同的原材料粉，按摩尔比2∶1混合，粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为4.8GPa，温度2000K，保压保温时间15分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出Mo2B并且含有部分Mo单质存在，相对于实施例1，此条件下的Mo峰值较强，说明反应没有实施例1完全。具体的X光结果见图5。
[0031] 实施例6
[0032] 采用与实施例1相同的原材料粉，按摩尔比1∶1混合，粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为4.8GPa，温度1600K～1800K，保压保温时间15分钟至30分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB，具体的X光结果见图6。从图6中可以看出，随着温度和时间的增加MoB的结晶越来越好。结合实施例2，可以发现，当温度达到1800K，时间为1小时时，制备出结晶非常良好的MoB纯相。
[0033] 实施例7
[0034] 采用与实施例1相同的原材料粉，按摩尔比1∶2混合，粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为5.2GPa，温度1800K，保压保温时间1.5小时，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出的组分主要为MoB2，同时含有Mo2B5相。具体的X光结果见图7。本实施例作为与实施例3、8的比较例，说明合成温度是合成MoB2的最主要的影响因素，在相同的原料配比、相同的合成压力和较宽的保温保压时间条件下，合成温度在1800K以下很难合成出单一相的MoB2。
[0035] 实施例8
[0036] 采用与实施例1相同的原材料粉，按摩尔比1∶2混合，粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为5.2GPa，合成温度为1900K，保压时间30分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备出纯相MoB2。具体的X光结果见图8。
[0037] 实施例9
[0038] 采用实施例3或8制备出的纯相MoB2，再加入等化学计量比的B粉，即摩尔比MoB2∶B＝1∶0.5，经过
研磨粉压成型后，采用与实施例1相同的组装，合成压力为5.2GPa，在温度1800K下保压保温时间60分钟，或在温度2000K下保压保温时间15分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，制备的硼钼化合物X光衍射图见图9。其中一个在
1800K、60分钟条件下制备出纯的单一相Mo2B5；另一个在2000K、15分钟条件下则并未发现其反应，依然为MoB2的XRD图谱。说明温度高于1800K对Mo2B5的合成不利。本实施例还说明以MoB2和B为原料也可以合成出单一相Mo2B5。
