سنتز پودر هافنيم دي بورايد به روش احياي كربوترمال

Synthesis of HfB2 Powders by Carbothermal Reduction

در تحقيق پيش رو، سنتز پودر هافنيم دي بورايد به روش احياي كربوترمال در حالت جامد بررسي شده است. به اين منظور، از هافنيم دي اكسايد، اسيد بوريك، كربن اكتيو و يا رزين فنوليك به عنوان مواد اوليه واكنش كربوترمال استفاده شد. پس از 4-2 ساعت آسياكاري مواد اوليه با آسياي ماهواره اي در محيط اتانول، مخلوط حاصل با گرما خشك و سپس تحت فشار 30-20 بار قرص هاي فشرده ايجاد شد. در ادامه، قرص ها به مدت يك ساعت در بوته گرافيتي تحت دماي 1600-1500 درجه سانتي گراد در اتمسفر آرگون عمليات حرارتي شد. محصول پودري توسط پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، طيف سنجي توزيع انرژي (EDS) و تصويربرداري پراكندگي الكترون بازگشتي (BSE) بررسي شد. دماي عمليات حرارتي، ميزان اسيد بوريك، زمان عمليات حرارتي و آسياكاري به عنوان چهار عامل اثرگذار بر سنتز و اندازه پودر هافنيم دي بورايد شناسايي شد. بر اساس نتايج ميكروسكوپي الكتروني روبشي، ريزساختار نامنظم با اندازه ذرات 4-2 ميكرومتر براي پودر هافنيم دي بورايد مشاهده شد. بهترين نمونه با نسبت مولي هافنيم دي اكسايد: كربن رزين فنوليك: اسيد بوريك معادل 1:5:5 مول در دماي 1600 درجه سانتي گراد و پس از يك ساعت عمليات حرارتي، به دست آمد. نتايج پراش پرتو ايكس سنتز هافنيم دي بورايد خالص با اندازه كريستاليت حدود 60 نانومتر را تاييد كرد.

In this research, solid state carbothermal synthesis of HfB2 Nano powders was investigated. For this purpose, HfO2,H3BO3, carbon active or phenolic resin were used as raw materials for carbothermal reaction. After 2-4 hours of milling the raw materials by a planetary ball in an ethanol media, the mixture was heat dried and pressed in to disks under pressure of 20-30 bar. The disks were then placed in a graphite crucible and heat-treated at 1500–1600 °C for 1 hour under flowing Ar atmosphere. The powder product was analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and backscattered electron (BSE) imaging. The heat treatment temperature, amount of boric acid, milling and heat treatment time were recognized as four factors influencing synthesis and size of HfB2 powder particles. SEM images reported irregular morphologies with a particle size of about 2-4 µm for HfB2 powder. The best sample was obtained at a molar ratio of HfO2 : phenolic resin carbon: boric acid = 1:5:5 at 1600 °C after 1 hour of heat treatment. XRD results confirmed synthesis of pure HfB2 with a crystallite size of about 60 nm.