CN106006584A

CN106006584A - 一种制备六方氮化硼粉末的方法

Info

Publication number: CN106006584A
Application number: CN201510444089.5A
Authority: CN
Inventors: 张磊; 梁海; 苏畅; 陈海云; 周莹
Original assignee: YINGKOU TANYUN CHEMICALS RESEARCH INSTITUTE CORP
Current assignee: YINGKOU TANYUN CHEMICALS RESEARCH INSTITUTE CORP
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2016-10-12

Abstract

本发明公开了一种制备六方氮化硼粉末的方法。以中频感应炉为主要反应设备，将硼源和氮源两种原料按照一定比例，在混合机中混合均匀，再经过前驱体设备制备成前驱体，将前驱体装入中频感应炉中，在800-2000℃条件下，保温反应1-10小时，反应结束后经粉碎、酸洗、水洗、烘干得到高纯的六方氮化硼。本发明所使用的原料均易分解，残留较少，便于产品后处理。本发明使用中频感应炉为主要反应设备，反应过程更加容易控制，产品纯度高，且粒径可控；操作简便，能耗较低，连续产量大，更适于工业化生产；且使用同一种设备和生产路线，得到粒径在1-20μm之间多种规格产品。

Description

一种制备六方氮化硼粉末的方法

技术领域

本发明涉及一种制备六方氮化硼的方法，制备的六方氮化硼纯度高，粒径可控。

背景技术

六方氮化硼，与石墨是等电子体。它具有白色石墨之称，具有类似石墨的层状结构，有良好的润滑性、电绝缘性、导热性、具有中子吸收能力。化学性质稳定好，对所有熔融金属化学呈惰性，成型制品便于机械加工。应用领域非常广泛，可用作高温环境下的固体润滑剂、铸造成型和注射成型中的蜕膜剂、生产立方氮化硼的原料、制备复合陶瓷，化妆品行业添加剂、电学仪器镀膜等。

已知工业上制备六方氮化硼材料的方法很多，如：氯化铵-无水硼砂法，硼砂-尿素法，硼酸-三聚氰胺法等，然而这些方法上都存在很多对于产业化不利的缺陷。

氯化铵-无水硼砂法采用传统的合成路线，一般使用管式炉，在1000℃于氨气保护下反应，反应式为:Na₂B₄O₇+2NH₄Cl+2NH₃＝4BN+2NaCl+7H₂O，氨气的使用对生产设备要求较高，而且也很难进行大规模生产，制备的六方氮化硼纯度较低(BN含量≤98％，B₂O₃＜1％)，且粒径较小(D₅₀≤1μm)。

硼砂-尿素法反应方程式为：Na₂B₄O₇+2(NH₂)₂CO＝4BN+2Na₂O+4H₂O+2CO₂，硼砂-三聚氰胺法，反应方程式为：Na₂B₄O₇+2C₃N₃(NH₂)₂＝12BN+3Na₂O+6H₂O+6CO₂，由于传统设备的局限，反应温度较低，且生成物中无机盐较多，使制备的六方氮化硼产品纯度较低(BN含量＜99％，B₂O₃＜0.5％)和粒径(D₅₀≈1μm)都没有显著提高。

发明内容

本发明提供了一种新的六方氮化硼制备方法，该方法首次使用钢铁行业应用的中频感应炉作为主要反应设备，提高了反应效率，提高了产品的纯度，降低了制备过程的能耗，简化了制备过程，通过调节反应温度和反应时间，可以使用同种设备和原料，制备出不同粒径的高纯氮化硼产品。

本发明采用的技术方案如下：

一种制备六方氮化硼粉末的方法，包括二部分：

(1)以硼源化合物和氮源化合物为原料；将硼源化合物和氮源化合物按照重量比(1:0.5-1:2)充分混合，再经过前驱体设备在100-300℃进行烧结10h，破碎制备成前驱体。

(2)将前驱体置于中频感应炉中，在反应温度为800-2000℃的条件下，保温反应1-10小时，反应结束后经粉碎、酸洗、水洗、烘干，得到粒径为1-20μm、BN含量＞99.6％且B₂O₃＜0.2％的六方氮化硼粉末。

反应结束，经过降温后，将中频感应炉中物料取出，放入粉碎机中进行粉碎再将物料投入反应釜内加入盐酸，在80-90℃下搅拌2-3小时。再用去离子水洗涤4-5次，烘干后得到高纯的六方氮化硼(BN含量＞99.6％，B₂O₃＜0.2％)，且粒径可控(D₅₀≈1μm，D₅₀≈5μm，D₅₀≈10μm，D₅₀≈20μm)。

所述的硼源化合物为硼酸、氧化硼、无水硼砂、焦硼酸、偏硼酸等中的一种或两种以上混合。

所述氮源化合物为氯化铵、三聚氰胺、尿素、缩二脲、脲、双氰胺等中的一种或两种以上混合。

本发明与传统方法相比，使用氮源和硼源化合物为原料，制备成前驱体，取消了液氨的使用，使制备过程更加安全、环保，简化了工艺流程。中频感应炉的成功应用，代替了传统的管式炉加热方式，可以提供的温度区间范围增大，既可以满足低温反应需要，又可以满足高温反应需要，提高了加热效率，且升温过程控制更加精准。本发明还可以使用同一种设备和原料，通过改变反应条件，制备出粒径范围可以调控的高纯的氮化硼粉末产品，且单炉成品产量高于传统制备方法，这使得本发明方法更适用于规模化工业生产，降低了成本。

附图说明

图1为反应过程中使用的中频感应炉示意图。

图2为硼砂和尿素在800℃温度下保温反应1小时，制备的六方氮化硼的粒度分布图。

图3为硼酸和双氰胺在1200℃温度下保温反应4小时，制备的六方氮化硼的粒度分布图。

图4为氧化硼和缩二脲在1600℃温度保温反应7小时，制备的六方氮化硼的粒度分布图。

图5为硼酸和三聚氰胺在2000℃温度下保温反应10小时，制备的六方氮化硼的粒度分布图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

将100公斤无水硼砂和60公斤尿素投入混料机中混合2小时，然后将混合后的物料投入前驱体设备制备成前驱体，将前驱体物料装入中频感应炉中，升温，在800℃温度下，保温反应1小时。反应结束后，经过降温后，将产品从中频感应炉中取出，使用粉碎机粉碎后投入反应釜中，并加入盐酸进行洗涤，在85℃下搅拌2小时。再用去离子水洗涤5次，烘干后得白色六方氮化硼产品。

实施例2

将100公斤硼酸和70公斤双氰胺投入混料机中混合2小时，然后将混合后的物料投入前驱体设备制备成前驱体，将前驱体物料装入中频感应炉中，升温，在1200℃温度下，保温反应4小时。反应结束后，经过降温后，将产品从中频感应炉中取出，使用粉碎机粉碎后投入反应釜中，并加入盐酸进行洗涤，在85℃下搅拌2小时。再用去离子水洗涤5次，烘干后得白色六方氮化硼产品。

实施例3

将60公斤氧化硼和100公斤缩二脲投入混料机中混合2小时，然后将混合后的物料投入前驱体设备制备成前驱体，将前驱体物料装入中频感应炉中，升温，在1600℃温度下，保温反应7小时。反应结束后，经过降温后，将产品从中频感应炉中取出，使用粉碎机粉碎后投入反应釜中，并加入盐酸进行洗涤，在85℃下搅拌2小时。再用去离子水洗涤5次，烘干后得白色六方氮化硼产品。

实施例4

将75公斤硼酸和75公斤三聚氰胺投入混料机中混合2小时，然后将混合后的物料投入前驱体设备制备成前驱体，将前驱体物料装入中频感应炉中，升温，在2000℃温度下，保温反应10小时。反应结束后，经过降温后，将产品从中频感应炉中取出，使用粉碎机粉碎后投入反应釜中，并加入盐酸进行洗涤，在85℃下搅拌2小时。再用去离子水洗涤5次，烘干后得白色六方氮化硼产品。四种具体实施例的生产结果对照表如下：

实施例	BN含量％	游离硼(B₂O₃)％	粒度(d₅₀，μm)
				实施例1	99.60	0.16	0.73
实施例2	99.71	0.13	5.19
				实施例3	99.75	0.15	10.34
实施例4	99.82	0.10	19.86

。

Claims

1.一种制备六方氮化硼粉末的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)制备前驱体

以硼源化合物和氮源化合物为原料；将硼源化合物和氮源化合物按照重量比1:0.5-2充分混合，在100-300℃进行烧结10h，破碎制备成前驱体；

(2)制备六方氮化硼粉末

将前驱体置于中频感应炉中，反应温度为800-2000℃的条件下，保温反应1-10小时，反应结束后经粉碎、酸洗、水洗、烘干，得到粒径为1-20μm、BN含量＞99.6％且B₂O₃＜0.2％的六方氮化硼粉末；该六方氮化硼粉末的粒径为1-20μm，BN含量＞99.6％且B₂O₃＜0.2％。

2.根据权利要求1述的方法，其特征在于：所述的硼源化合物为硼酸、氧化硼、无水硼砂、焦硼酸、偏硼酸中的一种或两种以上混合。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述氮源化合物为氯化铵、三聚氰胺、尿素、缩二脲、脲、双氰胺中的一种或两种以上混合。