CN101734631A - 一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 - Google Patents
一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101734631A CN101734631A CN200910231267A CN200910231267A CN101734631A CN 101734631 A CN101734631 A CN 101734631A CN 200910231267 A CN200910231267 A CN 200910231267A CN 200910231267 A CN200910231267 A CN 200910231267A CN 101734631 A CN101734631 A CN 101734631A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron nitride
- cubic boron
- reaction
- low temperature
- source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法。将硼源、氮源和物相诱导剂按比例混合均匀后,装入密封的热压反应釜中,在100~600MPa压制成块状后停止加压。将热压反应釜加热到200~450℃后,再加压到50~650MPa恒温反应6~48小时,停止加热自然冷却到室温。将得到的产物后处理即得到立方氮化硼。利用本发明的方法合成立方氮化硼时,操作过程简单、条件温和,在低温条件下即可得到接近纯相且结晶良好的立方氮化硼。而且本方法还具有环境污染少、成本低等特点,易于实现批量合成。
Description
(一)技术领域
本发明涉及在低温和中低压条件下,通过固态反应合成氮化硼,并利用物相诱导作用促进立方氮化硼生成的方法,属于材料技术领域。
(二)背景技术
立方氮化硼(cBN)是一种人工合成的超硬材料,其硬度仅次于金刚石,但它比金刚石具有更好的抗氧化性能,并与铁族元素之间呈现高的化学惰性。立方氮化硼在材料、半导体工业、精密机械加工以及国防工业等领域具有很高的应用价值。由于这个原因,人们投入了大量精力对立方氮化硼的合成方法进行了系统探索,其中主要包括高温高压方法、气相沉积方法以及溶剂热合成方法等等。在这些方法中,高温高压法是在超高温度和压力(≥1000℃,≥2.0万大气压)下,借助催化剂的作用使六方氮化硼转化为立方氮化硼。高温高压方法所需要的苛刻条件决定了它具有投入/产出比过高、难于实现大规模合成的缺点;气相沉积法主要是通过气相化学反应,在特定的衬底表面形成立方氮化硼薄膜。到目前为止,这种方法得到的立方氮化硼薄膜物相纯度低、薄膜中内应力大,严重降低了薄膜的使用价值。而且,气相沉积方法对于原料要求严格,设备价格昂贵,不可能用于立方氮化硼的低成本大量合成;溶剂合成方法尽管具有颗粒均匀、成本低和大量制备的潜在优势,但得到的产品结晶质量较差,物相纯度较低以及产品中的杂质难于控制等缺点。在这种情况下,开发出一种合成过程简单、反应条件温和以及低成本的新方法就具有了重要的现实意义。
(三)发明内容
为了克服已有的方法存在的各种缺点,本发明提出了一种低温固态反应合成氮化硼的方法。进一步地,通过物相结构诱导效应,可以方便地合成立方氮化硼。
本发明的技术方案如下:
一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法,包括如下步骤:
(1)将硼源、氮源和物相诱导剂按1∶(0.5~6)∶(0~5)的摩尔比混合均匀后,装入密封的热压反应釜中,用小型压力机在100~600MPa压力下压制成块状后停止加压;
(2)将热压反应釜加热到200~450℃时,再加压到50~650MPa恒温反应6~48小时,然后停止加热并使热压反应釜自然冷却到室温;
(3)将得到的产物依次用去离子水、盐酸抽滤以除去杂质和副产物,接着在40~100℃干燥,即得到立方氮化硼。
上述步骤(1)中的100~600MPa压力称为反应原料预压压力。
上述步骤(2)中的50~650MPa压力称为反应过程中施加的压力。
上述硼源选自硼粉、硼酸、硼酸铵、氟硼酸铵、碱金属硼氢化物、碱金属氟硼酸盐。优选的硼源是氟硼酸铵或氟硼酸钠。
上述氮源选自碱金属氮化物、碱金属叠氮化物、氨基钠、卤化铵。优选的氮源是叠氮化钠或氮化锂。
上述物相诱导剂选自碱金属卤化物、过渡金属微粉、硅粉、金刚石微粉。优选的物相诱导剂是氟化钠或金刚石微粉。
本发明的合成立方氮化硼的低温固态反应方法,优选的方案之一是:
以氟硼酸铵为硼源、叠氮化钠为氮源、氟化钠为物相诱导剂,反应原料按摩尔比1∶3∶1混合在450MPa预压压力下预压成块后停止加压。将反应釜加热到250℃反应温度时把压力恒定在450MPa反应24小时,随后停止加热并使热压反应釜自然冷却到室温。将得到的产物依次用去离子水、盐酸抽滤,除去杂质和副产物,产物在60℃干燥后即得到立方氮化硼。
优选的方案之二是:
以氟硼酸铵为硼源,叠氮化钠为氮源,金刚石微粉为物相诱导剂,反应原料按摩尔比1∶3∶3混合后在600MPa预压压力下预压成块后停止加压,将反应釜加热到350℃后压力恒定在650MPa,反应12小时。
本发明的技术特点及优良效果如下:
本发明通过连续调控合成氮化硼的固态反应过程,并引入物相诱导效应促进立方氮化硼的生成。合成立方氮化硼的操作过程简单、条件温和,在低温和中低压力下即可得到接近纯相且结晶良好的立方氮化硼。正是由于这些优点,本发明的方法对设备要求简单,具有易操作、污染少、成本低等特点,易于实现批量合成。
(四)附图说明
图1实施例1制备的近纯相立方氮化硼的红外吸收光谱。
图2实施例1制备的近纯相立方氮化硼的X射线光电子能谱。
图3实施例1制备的近纯相立方氮化硼的B元素X射线光电子能谱。
图4实施例1制备的近纯相立方氮化硼的N元素X射线光电子能谱。
图5实施例1制备的近纯相立方氮化硼的高分辨透射电镜照片。
图6实施例2制备的立方氮化硼晶粒的扫描电镜照片。
(五)具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
实施例1:首先将0.51g氟硼酸铵(硼源)、1g叠氮化钠(氮源)、0.21g氟化钠物(相诱导剂)研磨混合均匀后装入热压反应釜中,在450MPa(以下称反应原料预压压力)预压成块后停止加压。将反应釜加热到250℃反应温度时把压力恒定在450MPa(以下称反应过程中施加的压力)反应24小时,随后停止加热并使热压反应釜自然冷却到室温。将得到的产物依次用去离子水、盐酸抽滤,除去杂质和副产物,产物在60℃干燥后即得到立方氮化硼。
以上硼源∶氮源∶物相诱导剂摩尔比=1∶3∶1,在下面实施例中简称称为“反应原料摩尔比”。
本实施例所得产物的红外吸收光谱见图1,X射线光电子能谱如图2,B和N元素的X射线光电子能谱(分谱)分别在图3和图4中给出。图5中给出了立方氮化硼微晶的高分辨透射电镜照片。
图1-5显示:立方氮化硼的纯度约为90%,粒度为10~50nm。
实施例2:不加物相诱导剂
合成方法及过程同实施例1,所不同的是不加物相诱导剂,反应温度降低到220℃,反应时间延长至48小时,反应原料摩尔比为1∶3∶0。合成的立方氮化硼晶粒的微观形貌见图6。立方氮化硼的纯度约为76%。与实施例1相比,立方氮化硼的纯度有所降低。
实施例3:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是硼粉,氮源是氮化锂,物相诱导剂是氯化锂,反应原料摩尔比同实施例1,反应原料预压压力降低为100MPa,反应过程中施加的压力为50MPa,反应温度200℃,反应时间为48小时。立方氮化硼的纯度约为68%。
实施例4:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是硼酸,物相诱导剂是氯化钠,反应原料摩尔比变为1∶3∶3,反应原料预压压力降低为160MPa,反应过程中施加的压力为180MPa,反应温度230℃,反应时间为42小时。立方氮化硼的纯度约为42%。
实施例5:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是硼酸铵,物相诱导剂是氯化锂,反应原料摩尔比变为1∶5∶4,反应原料预压压力降低为220MPa,反应过程中施加的压力为250MPa,反应温度260℃,反应时间为36小时。立方氮化硼的纯度约为68%。
实施例6:合成方法及过程同实施例1,所不同的是物相诱导剂是铬粉,反应原料摩尔比变为1∶2∶5,反应原料预压压力降低为300MPa,反应过程中施加的压力为340MPa,反应温度320℃,反应时间为32小时。立方氮化硼的纯度约为50%。
实施例7:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是硼氢化钠,物相诱导剂是钼粉,反应原料摩尔比变为1∶6∶2,反应原料预压压力降低为380MPa,反应过程中施加的压力为420MPa,反应温度340℃,反应时间为30小时。立方氮化硼的纯度约为56%。
实施例8:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是硼氢化钾,氮源是氨基钠,物相诱导剂是钨粉,反应原料摩尔比变为1∶4∶2,反应原料预压压力降低为420MPa,反应过程中施加的压力为480MPa,反应温度360℃,反应时间为24小时。立方氮化硼的纯度约为53%。
实施例9:合成方法及过程同实施例1,所不同的是氮源是氨基钠,物相诱导剂是硅粉,反应原料摩尔比变为1∶0.5∶0.5,反应原料预压压力升高到500MPa,反应过程中施加的压力为560MPa,反应温度380℃,反应时间为20小时。立方氮化硼的纯度约为73%。
实施例10:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是氟硼酸钠,氮源是氯化铵,物相诱导剂是硅粉,反应原料摩尔比变为1∶1∶1,反应原料预压压力升高到550MPa,反应过程中施加的压力为600MPa,反应温度400℃,反应时间为18小时。立方氮化硼的纯度约为77%。
实施例11:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是氟硼酸钠,氮源是叠氮化钠,物相诱导剂是金刚石微粉,反应原料摩尔比变为1∶1.5∶3.5,反应原料预压压力升高到600MPa,反应过程中施加的压力为650MPa,反应温度450℃,反应时间为6小时。立方氮化硼的纯度约为82%。
实施例12:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是氟硼酸钾,氮源是氟化铵,物相诱导剂是金刚石微粉,反应原料摩尔比变为1∶1.8∶3.6,反应原料预压压力升高到600MPa,反应过程中施加的压力为650MPa,反应温度350℃,反应时间为12小时。立方氮化硼的纯度约为87%。
实施例13:合成方法及过程同实施例1,所不同的是氮源是溴化铵和氮化锂的混合物,物相诱导剂是氟化钾,反应原料摩尔比变为1∶4.5∶3,反应原料预压压力升高到480MPa,反应过程中施加的压力为520MPa,反应温度400℃,反应时间为14小时。立方氮化硼的纯度约为67%。
实施例14:合成方法及过程同实施例1,所不同的是硼源是氟硼酸钾,氮源是氨基钠和氟化铵的混合物,物相诱导剂是氯化锂,反应原料摩尔比变为1∶4∶2,反应原料预压压力降低为380MPa,反应过程中施加的压力为590MPa,反应温度375℃,反应时间为9小时。立方氮化硼的纯度约为72%。
Claims (6)
1.一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法,包括如下步骤:
(1)将硼源、氮源和物相诱导剂按1∶(0.5~6)∶(0~5)的摩尔比混合均匀后,装入密封的热压反应釜中,用小型压力机在100~600MPa压力下压制成块状后停止加压;
(2)将热压反应釜加热到200~450℃时,再加压到50~650MPa恒温反应6~48小时,然后停止加热并使热压反应釜自然冷却到室温;
(3)将得到的产物依次用去离子水、盐酸抽滤以除去杂质和副产物,接着在40~100℃干燥,即得到立方氮化硼。
2.如权利要求1所述的合成立方氮化硼的低温固态反应方法,其特征在于,所述硼源选自硼粉、硼酸、硼酸铵、氟硼酸铵、碱金属硼氢化物或碱金属氟硼酸盐。
3.如权利要求1所述的合成立方氮化硼的低温固态反应方法,其特征在于,所述氮源选自碱金属氮化物、碱金属叠氮化物、氨基钠或卤化铵。
4.如权利要求1所述的合成立方氮化硼的低温固态反应方法,其特征在于,所述物相诱导剂选自面心立方结构的碱金属卤化物、过渡金属微粉、硅粉、金刚石微粉中选取。
5.如权利要求1所述的合成立方氮化硼的低温固态反应方法,其特征在于,步骤如下:
以氟硼酸铵为硼源、叠氮化钠为氮源、氟化钠为物相诱导剂,反应原料按摩尔比1∶3∶1混合在450MPa预压压力下预压成块后停止加压;将反应釜加热到250℃反应温度时把压力恒定在450MPa反应24小时,随后停止加热并使热压反应釜自然冷却到室温;将得到的产物依次用去离子水、盐酸抽滤,除去杂质和副产物,产物在60℃干燥后即得到立方氮化硼。
6.如权利要求1所述的合成立方氮化硼的低温固态反应方法,其特征在于,优选的步骤(1)以氟硼酸铵为硼源,叠氮化钠为氮源,金刚石微粉为物相诱导剂,反应原料按摩尔比1∶3∶3混合后在600MPa预压压力下预压成块后停止加压,步骤(1)将反应釜加热到350℃后压力恒定在650MPa,反应12小时。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009102312670A CN101734631B (zh) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009102312670A CN101734631B (zh) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101734631A true CN101734631A (zh) | 2010-06-16 |
CN101734631B CN101734631B (zh) | 2011-06-01 |
Family
ID=42458752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009102312670A Expired - Fee Related CN101734631B (zh) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | 一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101734631B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101913576A (zh) * | 2010-08-12 | 2010-12-15 | 山东大学 | 一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 |
CN103534224A (zh) * | 2011-03-30 | 2014-01-22 | 六号元素有限公司 | 立方氮化硼晶体、包含其的本体以及包含其的工具 |
CN106744736A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-31 | 湖北第二师范学院 | 一种用于水处理的活性多孔氮化硼纳米片的合成方法 |
CN107217332A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-09-29 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种氮/硼/氟三元共掺杂碳纤维及其制备方法 |
CN107640750A (zh) * | 2016-07-22 | 2018-01-30 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 氮化硼纳米片粉体及其低成本批量制备方法 |
CN109336128A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-02-15 | 董克胜 | 一种生产99%-99.99%高纯度单质硼的工艺方法 |
CN109369192A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-22 | 盐城师范学院 | 一种立方氮化硼的制备方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE399053B (sv) * | 1972-12-18 | 1978-01-30 | Inst Materialovedenia Akademii | Sett att framstella polykristallin bornitrid |
CN100560480C (zh) * | 2006-01-20 | 2009-11-18 | 山东大学 | 一种可控制备硼碳氮材料的水热恒压合成方法 |
-
2009
- 2009-12-18 CN CN2009102312670A patent/CN101734631B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101913576A (zh) * | 2010-08-12 | 2010-12-15 | 山东大学 | 一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 |
CN103534224A (zh) * | 2011-03-30 | 2014-01-22 | 六号元素有限公司 | 立方氮化硼晶体、包含其的本体以及包含其的工具 |
CN107640750A (zh) * | 2016-07-22 | 2018-01-30 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 氮化硼纳米片粉体及其低成本批量制备方法 |
CN107640750B (zh) * | 2016-07-22 | 2020-12-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 氮化硼纳米片粉体及其低成本批量制备方法 |
CN106744736A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-31 | 湖北第二师范学院 | 一种用于水处理的活性多孔氮化硼纳米片的合成方法 |
CN107217332A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-09-29 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种氮/硼/氟三元共掺杂碳纤维及其制备方法 |
CN109369192A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-22 | 盐城师范学院 | 一种立方氮化硼的制备方法 |
CN109336128A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-02-15 | 董克胜 | 一种生产99%-99.99%高纯度单质硼的工艺方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101734631B (zh) | 2011-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101734631B (zh) | 一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 | |
CN102120822B (zh) | 一种常压合成聚碳硅烷的方法 | |
CN111285339B (zh) | 一种Sn3P4诱导二维黑磷晶体的制备方法 | |
CN108557788B (zh) | 一种低能耗的黑磷单晶制备方法 | |
JPS5814391B2 (ja) | セラミツク材料の製造方法 | |
CN112301239B (zh) | 一种砷化镉的制备方法 | |
CN103787289B (zh) | 一种带宽可调的石墨相硼碳氮及其合成方法 | |
CN100560480C (zh) | 一种可控制备硼碳氮材料的水热恒压合成方法 | |
US20130216465A1 (en) | Polysilanes of medium chain length and a method for the production of same | |
CN103272527A (zh) | 镀氮化钛涂层的立方氮化硼高温高压直接合成方法 | |
US11912578B2 (en) | Low-temperature method for boron carbide production | |
CN103272528A (zh) | 用碱金属叠氮化物合成立方氮化硼的方法 | |
Singhal et al. | Synthesis of cubic boron nitride from amorphous boron nitride containing oxide impurity using Mg–Al alloy catalyst solvent | |
CN105948004A (zh) | 一种水自升压力下制备黑磷的方法 | |
CN113481598B (zh) | 一种Zn-P-As晶体材料及其制备方法和应用 | |
CN106379872B (zh) | 一种快速制备纯相的六角结构TaSe2的方法 | |
CN105080429A (zh) | 毫米级立方氮化硼大单晶的合成方法 | |
CN102530960B (zh) | 一种多晶硅生产中的三氯氢硅生产方法 | |
CN100496696C (zh) | 用碱金属氟化物合成立方氮化硼的方法 | |
CN109205575B (zh) | 一种常压下非晶态Cr2Ge2Te6材料的制备方法 | |
JPH0553723B2 (zh) | ||
CN113548996A (zh) | 一种n-乙基吡咯烷酮的合成工艺 | |
CN101869817A (zh) | 用Mg3N2和CaH2合成立方氮化硼的方法 | |
JPS61295211A (ja) | 高純度非晶質窒化硼素微粉末の製造法 | |
CN210764338U (zh) | 一种四氟化碳的合成装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110601 Termination date: 20121218 |