CN101973767A - 氮化硼的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化硼的制备方法,包括以下步骤:将硼含量>15wt%含硼化合物和氮含量>60wt%含氮化合物,以质量比1∶1~1.5混匀,在1950~2100℃、还原剂保护下烧结5~25小时。本发明利用含硼量高的化合物和含氮量高的化合物,在高温下直接反应得到氮化硼,比现有制备过程简单,操作步骤少;还有制得的氮化硼的纯度高达97%以上,对现有约95%高纯度的氮化硼在纯度上再次得到提高,从而在机械性能上强度更高。
Description
技术领域
本发明涉及工程陶瓷材料技术领域,尤其是氮化硼的制备方法。
背景技术
氮化硼由于其特性与石墨相似而质地洁白,俗称白石墨,有六方与立方两种晶型,但通常呈六方结构。在高温与超高压的特殊条件下,可将六方结构晶型转化为立方晶型。氮化硼由于机械强度高,在高温下无负载软化现象,可作机械加工车削。氮化硼使用范围广泛,其粉末可作优良的润滑剂与脱模剂,合成工程陶瓷材料后可用作熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、战斗机、火箭起飞喷口,大功率器件底座,半导体元件掺杂源,以及各种高温、高压或高频的绝缘散热部件。而立方氮化硼则为近似于金刚石的超硬材料。
氮化硼粉料合成方法现在已有十多种,但能够实现工业化生产的方法主要有以下三种:
1、硼砂-氮化铵法。此种方法首先将硼砂引入氮化铵溶解成饱和溶液,再经过过滤除去杂质,可以重复进行。然后将上述原料粉碎、干燥,以硼砂和氯化铵混合,压制成坯块,在反应炉中合成。反应温度为900~1000℃,保温6个小时。在反应时通入NH3。反应产物用水浸洗除去剩余硼酸、氯化钠等杂质,干燥、粉碎,即可获得氮化硼粉料(纯度约为95.8%)。
2、硼砂-尿素法:将硼砂脱水干燥、粉碎,将尿素提纯干燥、粉碎。混合后,放置于石英玻璃、刚玉、炭黑或不锈钢容器中,放入反应炉中,通入氨气。反应生成的产物用盐酸酸洗,除去其中的Na2O,然后水洗去Cl-离子,再用酒精醇洗去H3BO3,用水与酒精反复处理后干燥,即获得氮化硼粉(纯度约95.3%)。
3、硼矸法。以硼矸为主要原料,磷酸三钙为填料,干法混合。将混合料放入石英管或刚玉管状电炉中进行氮化反应。反应温度900~1000℃,保温6小时,通入NH3气体。反应产物盐酸酸洗,以除去Ca3(PO4)2及H3BO3,然后水洗去HCl。干燥后,用酒精进行醇洗,去除H3BO3,最后干燥,即获得BN(纯度约95.4%)。
以上三种方法生产氮化硼的过程,都需要多步才能完成,并且过程中产生大量的废气和废渣,并且得到的氮化硼的纯度不高。
发明内容
本发明针对不足,提出一种氮化硼的制备方法,制作过程简单,一步合成即可完成;制得的氮化硼纯度高。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:一种氮化硼的制备方法,包括以下步骤:将硼含量>15wt%含硼化合物和氮含量>60wt%含氮化合物,以质量比1∶1~1.5混匀,在1950~2100℃、还原剂保护下烧结5~25小时。
优选的,所述含硼化合物和含氮化合物均为粒径小于40微米的粉末。
优选的,所述含硼化合物的纯度>99.9%,Fe含量<10ppm。
优选的,所述含氮化合物的纯度>99.5%。
优选的,所述含硼化合物和含氮化合物的混合物中Fe含量<10ppm,Pb含量<10ppm。
优选的,所述还原剂为与含硼化合物和含氮化合物一起混匀的炭黑。
优选的,所述含硼化合物为硼酸。
与现有技术相比,本发明利用含硼量高的化合物和含氮量高的化合物,在高温下直接反应得到氮化硼,比现有制备过程简单,操作步骤少;还有制得的氮化硼的纯度高达97%以上,对现有约95%高纯度的氮化硼在纯度上再次得到提高,从而在机械性能上强度更高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
在密闭反应釜中加入硼酸和液氮,重量均为500g,其中硼酸的纯度>99.9%,粒度为20微米;加入总重量20%的炭黑,搅拌均匀,升温在2100℃,反应5小时。
元素分析法测量得到的产品为氮化硼,纯度为98.3%。
实施例2
在密闭反应釜中加入200g硼酸和300g液氨,其中硼酸的纯度>99.9%,粒度为20微米;液氨纯度>99.5%,再加入总重量30%的炭黑,搅拌均匀,升温在1960℃,反应10小时。
元素分析法测量得到的产品为氮化硼,纯度为97.8%。
实施例2
在密闭反应釜中加入400g硼酸和450g液氨,其中硼酸的纯度>99.9%,粒度为20微米;液氨纯度>99.5%,再加入总重量40%的炭黑,搅拌均匀,升温在2000℃,反应20小时。
元素分析法测量得到的产品为氮化硼,纯度为98.8%。
本发明反应过程中,原料中的微量杂质可在烧结过程挥发,产品不需要使用化学制剂进行净化,无废水、废气产生。得到的氮化硼产品粒度可在较宽范围调节,并可设计结晶形状,比如生成片状结晶,满足由超细至较粗以及特殊颗粒形状用途的要求。如化妆品要求片状颗粒,立方氮化硼要求较粗颗粒以及较窄的粒度分布等。
传统方法所得产品粒度过细,颗粒结晶不完全,不稳定,所以称不稳定氮化硼。并且传统方法中反应所用原料中的杂质不能在烧结过程中挥发,导致杂质含量较高,且生产过程产生大量废水。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种氮化硼的制备方法,包括以下步骤:将硼>15wt%含硼化合物和氮>60wt%含氮化合物,以质量比1∶1~1.5混匀,在1950~2100℃、还原剂保护下烧结5~25小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述含硼化合物和含氮化合物均为粒径小于40微米的粉末。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述含硼化合物的纯度>99.9%,Fe含量<10ppm。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述含氮化合物的纯度>99.5%。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述含硼化合物和含氮化合物的混合物中Fe含量<10ppm,Pb含量<10ppm。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述还原剂为与含硼化合物和含氮化合物一起混匀的炭黑。
7.根据权利要求1至6任一所述的制备方法,其特征在于:所述含硼化合物为硼酸。
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---|---|---|---|---|
CN109233239A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-18 | 付贤锋 | 一种导热性能良好的塑料制备方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN1161947A (zh) * | 1997-02-03 | 1997-10-15 | 汪宁 | 一种含六方氮化硼的高技术复合陶瓷及其制备方法 |
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