CN101531349B - 圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，通过B-N源反应前驱体在过渡金属化合物催化剂作用下反应，所述的B-N源反应前驱体是由硼酐或硼酸、铵盐和金属镁粉的混合物组成，反应元素摩尔比B∶N∶Mg∶M为1∶1.5～5.0∶1.0～2.2∶0.1～1.0，M表示为过渡金属化合物中的过渡金属元素，所得粗产物经过分离提纯，即可得到圆片状六方氮化硼多晶微粉。本发明的有益效果在于：产物h-BN微粉形貌规则、粒度达到微米级别、分布均匀。制备条件温和、工艺过程简单、成本低廉，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，具体的是涉及一种圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法。
背景技术
六方氮化硼(h-BN)的结构与石墨类似，具有六方层状结构，质地柔软，可加工性强，颜色为白色，俗称“白石墨”[1]。h-BN氮化硼具有耐高温、耐腐蚀、导热性好、热膨胀系数低、抗热震、化学性质稳定、润滑性良好等特点，并具有优良的电学性能，在电子、冶金、化工、宇航等尖端科技中应用广泛[2]。
之前，有报道使用硼砂-尿素(氯化铵)法将无水硼砂和尿素混合后在氨气流中于1100℃下反应而制得h-BN[7]；采用H3BO3、白磷和NaN3为原料用水热法在300℃条件下合成了h-BN[8]；以三羟基硼酸酯和氨气为原料，采用CVD法在1350℃沉积条件下得到了h-BN[9]；使用三氧化二硼和碳粉混合后在流动的氮气中与1500℃保温120分钟制得h-BN粉[10]；以硼砂、尿素为原料，采用直流非转移弧氮等离子体工艺制备h-BN[11]。但是上述现有技术存在着反应温度较高，工艺复杂，资源消耗较高的缺点。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提供一种圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，其制备条件温和、工艺过程简单、成本低廉，适合工业化生产。
本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：一种圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，其特征在于通过B-N源反应前驱体在过渡金属化合物催化剂作用下反应，所述的B-N源反应前驱体是由硼酐或硼酸、铵盐和金属镁粉的混合物组成，反应元素摩尔比B∶N∶Mg∶M为1∶1.5～5.0∶1.0～2.2∶0.1～1.0，M表示为过渡金属化合物中的过渡金属元素，反应温度为700～850℃，反应时间为5～30分钟，所得粗产物经过分离提纯，即可得到圆片状六方氮化硼多晶微粉。举例化学方程式表示为：
B2O3+2NH4Cl+Mg＝2BN+MgCl2+3H2O+H2
按上述方案，所述的过渡金属化合物催化剂是过渡金属的氧化物、氢氧化物、无水或含结晶水的盐酸盐中的任意一种或它们的混合物，过渡金属为Fe、Co和Ni。
按上述方案，所述的分离提纯方法是先用0.5～7M盐酸或硝酸浸泡，并搅拌30分钟，溶解杂质，然后抽滤、水洗，滤饼经80℃干燥5～24小时。
按上述方案，所述的铵盐为NH4Cl或NH4NO3。
按上述方案，所述的圆片状六方氮化硼多晶微粉的粒子直径为0.5～1.4μm，厚度为60～150nm。
本发明所用的试剂除B2O3是工业原料外，NH4Cl、Mg粉、催化剂以及其它试剂都是分析纯试剂。具体制备时，按照预先设计好的反应配比称量相应的反应物，充分混合后加入不锈钢反应罐，不需要密封。将反应罐放入氮气保护的加热炉中，在700～850℃下保温加热反应15分钟，自然冷却，开罐并处理收集产物。
本发明的合成过程中催化剂和氯化镁对圆片状h-BN结晶形成的作用拟按以下机理。例如，其中催化剂与镁粉的反应方程式如下：
Fe2O3+Mg＝[Mg-Fe]＝Fe+MgO
高温下，镁粉和氧化铁反应，镁原子置换出氧化铁中的铁原子，形成Mg-Fe合金中间体，一部分的中间体又转化为原子级的Fe，二者共同作用反应体系，降低了反应温度，促进了BN晶体的生成。
当反应体系温度达到氯化镁熔点的时候，生成的氯化镁熔融变为液相，熔融的氯化镁包裹反应颗粒，作为晶体的生长介质，促进B原子和N原子结合生成圆片状BN晶粒。
本发明以B-N源反应前驱体与一定比例的金属化合物催化剂作用下反应制备圆片状h-BN。其中以铁、钴、镍的化合物作催化剂容易制备圆片状h-BN。不同的催化剂催化效果也有差异，其中氧化铁效果最佳。在一定的温度范围内，随着温度的升高，制备氮化硼粉末的时间越短，晶粒形貌发育越好，粒度越均匀。
本发明的有益效果在于：采用镁粉作为还原剂，副产物无水氯化镁熔点为714℃，熔化后成为h-BN多晶体的生长介质，水蒸气和氯化铵分解生成的气体使反应物颗粒充分接触反应完全，加入的催化剂降低了反应温度，三者都从不同角度促进了h-BN颗粒的结晶生成。产物h-BN微粉形貌规则、粒度达到微米级别、分布均匀。制备条件温和、工艺过程简单、成本低廉，适合工业化生产。
附图说明
图1为圆片状六方氮化硼多晶微粉的XRD谱图。
图2为圆片状六方氮化硼多晶微粉的SEM照片。
图3为圆片状六方氮化硼多晶微粉的FTIR谱图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步介绍本发明，但是实施例不会构成对本发明的限制。
实施例1
取5.64克B2O3、19.24克NH4Cl、3.92克镁粉和1.61克Fe2O3(元素摩尔比B∶N∶Mg∶M＝1∶2.24∶1.02∶0.13，M＝Fe)充分混合后加入不锈钢反应罐，将反应罐放入氮气保护的加热炉中，在750℃下保温15分钟，自然冷却。开罐并处理收集产物，先用0.5M稀盐酸浸泡，并搅拌30分钟，溶解催化剂等杂质，然后抽滤、水洗，除去氯化镁等水溶性杂质，滤饼经80℃干燥8小时，最后得到3.89克灰白色粉末，产率为97.25％。经过XRD、SEM和FTIR分析，证明产物是圆片状h-BN，晶粒的尺寸和形貌均匀，粒子直径为0.5～1.4μm，平均直径约为0.9μm，厚度为80～150nm，平均厚度约为100nm。
所得产物的样品X-射线衍射分析用XD-5A型X射线粉末衍射仪(30kv，20mA，λ＝1.5406
)，2θ在10～80°范围。用JSM-5510LV型场发射扫描电子显微镜(SEM)观察形貌，制样方法是直接采用产物粉末分布在双面胶上并粘在样品铜台上喷金后观察。FTIR分析采用Impact 420型红外光谱仪，样品用KBr混合压片。
附图1给出了B2O3/NH4Cl/Mg(催化剂Fe2O3)，750℃，15分钟条件下制备的圆片状BN样品的XRD谱图，与JCPDF卡片#45-1171相符合；
附表1比较了产物氮化硼XRD数据与JCPDF卡片#45-1171标准卡片数据，结果表明，所获得的最终产物为h-BN。
表1.产物氮化硼XRD数据与JCPDF卡片#45-1171标准卡片数据比较。
附图2是产物的SEM谱图，展示出了产物形貌和尺寸，结果表明，所获得的h-BN多晶粉末形貌规则，粒子直径范围为0.5～1.4μm，平均直径约为0.9μm，厚度范围为80～150nm，平均厚度约为100nm。
附图3是产物FTIR谱图。在1380cm-1左右的吸收带是N-N键的伸缩振动，在780cm-1左右的吸收带是N-B键的伸缩振动，在3410cm-1左右位置的峰是水分子的吸收峰。水分子的存在是因为干燥不完全或空气中水蒸气吸附在样品表面所致。结果表明，所获得的产物为h-BN。
实施例2
取2.81克B2O3、18.62克NH4Cl、2.94克镁粉和1.71克Co2O3(元素摩尔比B∶N∶Mg∶M＝1∶4.29∶1.51∶0.26，M＝Co)充分混合后加入不锈钢反应罐，将反应罐放入氮气保护的加热炉中，在800℃下保温18分钟，自然冷却。开罐并处理收集产物，先用2M稀盐酸浸泡，并搅拌30分钟，溶解催化剂等杂质，然后抽滤、水洗，除去氯化镁等水溶性杂质，滤饼经80℃干燥12小时，最后得到1.93克灰白色粉末，产率为96.5％。经过XRD、SEM和FTIR分析，证明产物是圆片状h-BN，晶粒的尺寸和形貌均匀，粒子直径为0.6～1.3μm，平均直径约为0.9μm，厚度为70～130nm，平均厚度约为95nm。
实施例3
取4.94克H3BO3、12.93克NH4NO3、3.04克镁粉和3.82克NiCl2(元素摩尔比B∶N∶Mg∶M＝1∶3.94∶1.54∶0.36，M＝Ni)充分混合后加入不锈钢反应罐，将反应罐放入氮气保护的加热炉中，在800℃下保温16分钟，自然冷却。开罐并处理收集产物，先用5M稀硝酸浸泡，并搅拌30分钟，溶解催化剂等杂质，然后抽滤、水洗，除去氯化镁等水溶性杂质，滤饼经80℃干燥8小时，最后得到1.87克灰白色粉末，产率为93.51％。经过XRD、SEM和FTIR分析，证明产物是圆片状h-BN，晶粒的尺寸和形貌均匀，粒子直径为0.5～1.3μm，平均直径约为0.85μm，厚度为60～120nm，平均厚度约为90nm。
实施例4
取6.04克B2O3、21.15克NH4Cl、4.21克镁粉、1.64克Fe2O3和1.73克Co2O3(元素摩尔比B∶N∶Mg∶M＝1∶2.27∶1.01∶0.24，M＝Co)充分混合后加入不锈钢反应罐，将反应罐放入氮气保护的加热炉中，在800℃下保温14分钟，自然冷却。开罐并处理收集产物，先用5M稀盐酸浸泡，并搅拌30分钟，溶解催化剂等杂质，然后抽滤、水洗，除去氯化镁等水溶性杂质，滤饼经80℃干燥16小时，最后得到4.11克灰白色粉末，产率为95.24％。经过XRD、SEM和FTIR分析，证明产物是圆片状h-BN，晶粒的尺寸和形貌均匀，粒子直径为0.5～1.4μm，平均直径约为0.8μm，厚度为80～150nm，平均厚度约为100nm。
实施例5
取5.01克H3BO3、20.12克NH4Cl、4.01克镁粉、2.14克Fe(OH)3和1.93克NiCl2(元素摩尔比B∶N∶Mg∶M＝1∶4.47∶1.96∶0.47，M＝Fe+Ni(摩尔比Fe∶Ni＝1∶1))充分混合后加入不锈钢反应罐，将反应罐放入氮气保护的加热炉中，在850℃下保温10分钟，自然冷却。开罐并处理收集产物，先用3M稀盐酸浸泡，并搅拌30分钟，溶解催化剂等杂质，然后抽滤、水洗，除去氯化镁等水溶性杂质，滤饼经80℃干燥8小时，最后得到1.97克灰白色粉末，产率为94.71％。经过XRD、SEM和FTIR分析，证明产物是圆片状h-BN，晶粒的尺寸和形貌均匀，粒子直径为0.6～1.4μm，平均直径约为0.85μm，厚度为80～140nm，平均厚度约为95nm。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明；在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数(如温度、时间等)的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
参考文献
[1]胡婉莹.连续合成六方氮化硼的新工艺[J].现代技术陶瓷，2002，2：35-36.
[2]王光祖，张相法，王玮.立方氮化硼的发展现状与展望[J].地质与勘探，1994，30(6)：68-70.WANG Guang-zu，ZHANG Xiang-fa，WANG Wei.Development status quo and prospect of theapplication of cubic boron nitride[J].Geology and Prospecting，1994，30(6)：68-70.
[3]葛雷，杨建，丘泰.六方氮化硼的制备方法研究进展[J].电子元件与材料，2008，27(6)：22-25.
[4]鲁燕萍.气相沉积h-BN陶瓷的应用[J].真空电子技术，2005，5：4-7.
[5]Lorrette C，Weisbecker P，Jacques S，et al.Deposition and characterization of hex-BN coating oncarbon fibres tris(dimethylamino)boron precursor[J].J Eur Ceram Soc，2007，27：2737-2743.
[6]赵凤鸣，黄运衡.热解氮化硼(PBN)坩埚的研制及在分子束处延中的应用[J].稀有金属，1985，9：46.
[7]王运峰，林静春.氮化硼的生产方法[J].河南科技，1994，6：19-20.
[8]Hao X P，Cui D L，Xu X G，et al.A novel synthetic route to prepare cubic BN nanorods.Materials Research Bulletin，2002，37(13)：2085-2091.
[9]唐成春，丁晓夏，高建明，等.一种六方氮化硼纳米微球及合成方法和应用[P].中国专利：CN1931719A，2007-03-21.
[10]A 
，N 
.Carbothermic formation of boron nitride[J].Journal of the EuropeanCeramic Society，2003，23(16)：3153-3161.
[11]梁宗跃，杨淑清.等离子体制备氮化硼试验[J].小氮肥设计技术，2001，22(3)：1-3.
Claims (5)
1.一种圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，其特征在于通过B-N源反应前驱体在过渡金属化合物催化剂作用下反应，所述的B-N源反应前驱体是由硼酐或硼酸、铵盐和金属镁粉的混合物组成，反应元素摩尔比B∶N∶Mg∶M为1∶1.5～5.0∶1.0～2.2∶0.1～1.0，M表示为过渡金属化合物中的过渡金属元素，反应温度为700～850℃，反应时间为5～30分钟，所得粗产物经过分离提纯，即可得到圆片状六方氮化硼多晶微粉。
2.按权利要求1所述的圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，其特征在于所述的过渡金属化合物催化剂是过渡金属的氧化物、氢氧化物、无水或含结晶水的盐酸盐中的任意一种或它们的混合物，过渡金属为Fe、Co和Ni。
3.按权利要求1或2所述的圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，其特征在于所述的分离提纯方法是先用0.5～7M盐酸或硝酸浸泡，并搅拌30分钟，溶解杂质，然后抽滤、水洗，滤饼经80℃干燥5～24小时。
4.按权利要求1或2所述的圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，其特征在于所述的铵盐为NH4Cl或NH4NO3。
5.按权利要求1或2所述的圆片状六方氮化硼多晶微粉的制备方法，其特征在于所述的圆片状六方氮化硼多晶微粉的粒子直径为0.5～1.4μm，厚度为60～150nm。
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| 张弜.一维纳米硼化合物和亚稳固溶体的制备与结构研究.《中国优秀博硕士学位论文库全文数据库(博士),工程科技I辑》.2004,(第4期),39-40. * |
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