CN106586980A - 一种立方氮化硼的制备方法 - Google Patents

一种立方氮化硼的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106586980A
CN106586980A CN201611166486.1A CN201611166486A CN106586980A CN 106586980 A CN106586980 A CN 106586980A CN 201611166486 A CN201611166486 A CN 201611166486A CN 106586980 A CN106586980 A CN 106586980A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
hexagonal boron
cubic boron
cubic
powder
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
Application number
CN201611166486.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106586980B (zh
Inventor
李丙文
马宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Funik Ultrahard Material Co Ltd
Original Assignee
Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Funik Ultrahard Material Co Ltd filed Critical Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority to CN201611166486.1A priority Critical patent/CN106586980B/zh
Publication of CN106586980A publication Critical patent/CN106586980A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106586980B publication Critical patent/CN106586980B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • C01B21/0648—After-treatment, e.g. grinding, purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/38—Particle morphology extending in three dimensions cube-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明提供了一种立方氮化硼的制备方法，它的步骤包括回收未转化六方氮化硼及将新六方氮化硼依次进行预压、破碎、过筛、退火处理制得六方氮化硼预处理粉体；然后将所述六方氮化硼预处理粉体、未转化六方氮化硼粉体与触媒混合制得混合料，所述混合料经高温高压处理得到立方氮化硼晶体。本发明在制备立方氮化硼过程中，将未转化六方氮化硼与经过预处理的六方氮化硼合用，从而提高了六方氮化硼回收利用率和立方氮化硼的转化率，并且降低了合成压力，这将减少机器的损耗、延长了压机的使用寿命、大大降低生产成本。

Description

一种立方氮化硼的制备方法
技术领域
本发明涉及超硬材料领域，具体的说，涉及了一种立方氮化硼的制备方法。
背景技术
立方氮化硼，是由美国的R.H.温托夫于1957年首先研制，其晶体结构类似金刚石，具有很高的硬度、热稳定性、化学惰性以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能。立方氮化硼晶体的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，立方氮化硼晶体与金刚石相比具有对铁系金属元素有较大的化学稳定性，弥补了金刚石不能切削铁系金属的不足。因此，立方氮化硼晶体常用作磨料和刀具材料。
目前，制备立方氮化硼晶体一般是通过将六方氮化硼和触媒在高温高压下条件下转化得到的。而氮化硼存在由多种晶型，除了常见的六方氮化硼和立方氮化硼之外，还有菱方氮化硼和纤锌矿氮化硼，而现有的高温高压法合成立方氮化硼是将六方氮化硼直接转化为立方氮化硼，需要采用较高的压力和温度来实现，目前生产上立方氮化硼的转化率通常在30%至55%，仅有个别品牌会达到60%，合成率较低，造成原料利用率不高。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求提升转化率、降低原料浪费的技术解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种合成转化率高、易于实现工业化生产的立方氮化硼的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种立方氮化硼的制备方法，它包括以下步骤：
未转化六方氮化硼的回收：将立方氮化硼合成尾矿颗粒依次进行酸洗、碱洗、烘干处理得到未转化六方氮化硼粉体；
新六方氮化硼的预处理：首先在1000℃～1200℃的温度和2 GPa～4 GPa的压力条件下将新六方氮化硼粉体压制成预压合成棒，然后对所述预压合成棒依次进行破碎、筛分处理得到筛分物料，最后在800℃～1000℃条件下对所述筛分物料进行退火30 min～45 min，制得六方氮化硼预处理粉体；其中，控制将新六方氮化硼粉体压制成预压合成棒的压制时间为5min～15min；
立方氮化硼的转化：将所述六方氮化硼预处理粉体与所述未转化六方氮化硼粉体及触媒混合制得混合料，对所述混合料进行高温高压烧结制得立方氮化硼晶体。
其中，所述立方氮化硼合成尾矿颗粒是将上次合成的立方氮化硼的料棒进行机械破碎，并采用水流将破碎后的所述立方氮化硼的料棒进行分离除杂，从而得到立方氮化硼颗粒成品和含有未转化六方氮化硼颗粒的立方氮化硼合成尾矿颗粒。
基于上述，所述新六方氮化硼粉体的纯度大于98%；所述新六方氮化硼粉体的粒度为1微米～5微米。
基于上述，所述立方氮化硼的转化步骤包括：首先将所述六方氮化硼预处理粉体、所述未转化六方氮化硼粉体与触媒混合制得混合料，其中，控制所述混合料中所述触媒的质量百分比为10%～25%；然后在15℃～35℃温度和15 MPa～35 MPa的压力条件下将所述混合料压制成混合料合成棒；最后在1300℃～1600℃的温度和4 GPa～7 GPa的压力下对所述混合料合成棒进行高温高压烧结制得立方氮化硼晶体。
基于上述，所述触媒为金属氮化物、金属氢化物中的一种或两种的组合。
基于上述，所述触媒为氮化锂、氮化钛、氮化铝、氢化锂中的一种或几种的组合。
本发明提供的制备工艺中，对新六方氮化硼进行预压处理，会使其转化为菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼，该晶型转化过程需要克服的最高势垒为7.8ev；再由菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼转化为立方氮化硼，需要克服的最高势垒为7.4ev，而由六方氮化硼直接转化为立方氮化硼所需要克服的最高能量势垒为9.4ev。因此，通过将六方氮化硼先转化为菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼，再由菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼转化为立方氮化硼，所需要克服的势垒低于六方氮化硼直接转化为立方氮化硼所需要克服的势垒，提高了合成立方氮化硼的转化率，从而使得利用本发明提供的方法制得的立方氮化硼的转化率高达70%以上。同时，六方氮化硼经过上述步骤的处理，降低了六方氮化硼的结晶度，使得六方氮化硼在较低的压力和温度条件下就能够转变为立方氮化硼，这将减少机器损耗、延长压机的使用寿命从而大大降低生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种立方氮化硼的制备方法，它包括以下步骤：
未转化六方氮化硼的回收：将上次合成立方氮化硼的料棒进行机械破碎，并采用水流将破碎后的所述立方氮化硼的料棒进行分离除杂，从而得到立方氮化硼颗粒成品和含有未转化六方氮化硼颗粒的杂质；对所述含有未转化六方氮化硼颗粒的杂质依次进行酸洗、碱洗、烘干得到未转化六方氮化硼粉体；
新六方氮化硼的预处理：首先在20℃温度和15 MPa的压力条件下，将纯度为99%、粒度为1微米～5微米的新六方氮化硼粉体制成合成棒坯体；然后在1000℃的温度和4 GPa的压力条件下，对所述合成棒坯体进行压制15 min制得预压合成棒；将所述预压合成棒进行破碎并经筛分处理后在900℃温度下进行退火45min制得六方氮化硼预处理粉体；
立方氮化硼的转化：将所述六方氮化硼预处理粉体、所述未转化六方氮化硼粉体和触媒按照质量比为5：3：2的比例放入混料机中混合得到混合料，然后利用四柱液压机在15℃的温度20MPa的压力下将所述混合料压制成混合料合成棒，最后将所述混合料合成棒在1450℃的温度和5.5 GPa的压力条件下高温高压烧结得到立方氮化硼晶体。其中所述触媒是由质量比为1：1.5：2.5的氮化锂、氮化钛、氮化铝的混合组成。
对本实施例制得的立方氮化硼晶体进行酸碱处理得到纯的立方氮化硼，经计算本实施例中六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率为76%。
实施例2
本实施例提供一种立方氮化硼的制备方法，具体步骤与实施例1中的大致相同，不同之处在于：
本实施例中所述新六方氮化硼的预处理步骤包括：首先在压力为20 MPa条件下，将纯度为99%、粒度为1微米～5微米的新六方氮化硼粉体压制成合成棒坯体；然后在1200℃的温度和4 GPa的压力下对所述合成棒坯体进行压制10 min得到预压合成棒；最后对所述预压合成棒进行破碎、筛分后在1000℃温度下进行退火30 min，从而得到六方氮化硼预处理粉体。
本实施例中所述立方氮化硼的转化步骤与实施例1中的步骤相同。
对本实施例制得的立方氮化硼晶体进行酸碱处理得到纯的立方氮化硼，经计算本实施例中六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率为75.5%。
实施例3
本实施例提供一种立方氮化硼的制备方法，具体步骤与实施例1中的大致相同，不同之处在于：
在所述立方氮化硼的转化步骤中，所述六方氮化硼预处理粉体、所述未转化六方氮化硼粉体和所述触媒的质量比为6：2：2。
经计算本实施例中六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率为72%。
对比例1
本对比例1提供一种立方氮化硼的制备方法，它的步骤包括：
按照质量比为8：2的比例，将纯度为99%、粒度为1微米～5微米的新六方氮化硼粉体和触媒置于混料机中混合得到混合料，然后采用四柱液压机将混合料在25 MPa的压力下压制成合成棒，最后将该合成棒在1600℃和6.5 GPa条件下高温高压烧结合成立方氮化硼；其中所述触媒是由质量比为1：1.5：2.5的氮化锂、氮化钛、氮化铝的混合组成。
对本对比例制得立方氮化硼进行酸碱处理得到纯的立方氮化硼，经计算本实施例中六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率为55.6%。
对比例2
本对比例2提供一种立方氮化硼的制备方法，它的步骤包括：
按照质量比为8：1的比例，将纯度为99%、粒度为1微米～5微米的新六方氮化硼粉体和所述触媒置于混料机中混合得到混合料，然后采用四柱液压机将混合料在25 MPa的压力下将所述混合料压制成合成棒，最后将该合成棒在1450℃和6.5 GPa条件下压制合成立方氮化硼；其中所述触媒是由质量比为1：1：2的氮化钛、氮化铝、氢化锂混合制得的。
对本对比例制得立方氮化硼料棒进行酸碱处理得到纯的立方氮化硼，经计算本实施例中六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率为48.7%。
将本发明中实施例1～3提供的六方氮化硼回收利用的方法制得的立方氮化硼的转化率与对比例1～2提供的制备方法得出的立方氮化硼的转化率相比较，可以看出通过未转化的废旧六方氮化硼粉体与进行了预压、破碎、过筛和退火预处理的六方氮化硼粉体进行配比后合成，可以显著提高立方氮化硼的转化率。
分析认为，对六方氮化硼进行处理会使其转化为菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼，且该晶型转化需要克服的最高势垒约为7.8ev；再由菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼转化为立方氮化硼需要克服的最高势垒为7.4ev，而由六方氮化硼直接转化为立方氮化硼所需要克服的最高能量势垒为9.4ev。因此，通过将六方氮化硼先转化为菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼，再由菱方氮化硼或纤锌矿氮化硼转化为立方氮化硼，所需要克服的势垒低于六方氮化硼直接转化为立方氮化硼所需要克服的势垒。同时，六方氮化硼经过上述步骤的处理，降低了六方氮化硼的结晶度，使得六方氮化硼更容易转变为立方氮化硼，从而提高了立方氮化硼的转化率。从生产角度来看，该方法可以降低由六方氮化硼转化为立方氮化硼所需的合成压力和温度，这将减少机器的损耗、延长压机使用寿命从而大大降低生产成本。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种立方氮化硼的制备方法，它包括以下步骤：
未转化六方氮化硼的回收：将立方氮化硼合成尾矿颗粒依次进行酸洗、碱洗、烘干处理得到未转化六方氮化硼粉体；
新六方氮化硼的预处理：首先在1000℃～1200℃的温度和2 GPa～4 GPa的压力条件下将新六方氮化硼粉体压制成预压合成棒，然后对所述预压合成棒依次进行破碎、筛分处理得到筛分物料，最后在800℃～1000℃条件下对所述筛分物料进行退火30 min～45 min制得六方氮化硼预处理粉体；
立方氮化硼的转化：将所述六方氮化硼预处理粉体与所述未转化六方氮化硼粉体及触媒混合制得混合料，对所述混合料进行高温高压烧结制得立方氮化硼晶体。
2.根据权利要求1所述的立方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述新六方氮化硼粉体的纯度大于98%；所述新六方氮化硼粉体的粒度为1微米～5微米。
3.根据权利要求1或2所述的立方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述立方氮化硼的转化步骤包括：首先将所述六方氮化硼预处理粉体与所述未转化六方氮化硼粉体及所述触媒混合制得混合料，其中，控制所述混合料中所述触媒的质量百分比为10%～25%；然后在15℃～35℃的温度和15 MPa～35 MPa的压力条件下，将所述混合料压制成混合料合成棒；最后在1300℃～1600℃的温度和4 GPa～7 GPa的压力下对所述混合料合成棒进行高温高压烧结制得立方氮化硼晶体。
4.根据权利要求3所述的立方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述触媒为金属氮化物、金属氢化物中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求3所述的立方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述触媒为氮化锂、氮化钛、氮化铝、氢化锂中的一种或几种的组合。
CN201611166486.1A 2016-12-16 2016-12-16 一种立方氮化硼的制备方法 Active CN106586980B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611166486.1A CN106586980B (zh) 2016-12-16 2016-12-16 一种立方氮化硼的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611166486.1A CN106586980B (zh) 2016-12-16 2016-12-16 一种立方氮化硼的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106586980A true CN106586980A (zh) 2017-04-26
CN106586980B CN106586980B (zh) 2018-09-14

Family

ID=58802924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611166486.1A Active CN106586980B (zh) 2016-12-16 2016-12-16 一种立方氮化硼的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106586980B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109825880A (zh) * 2019-03-07 2019-05-31 信阳市德隆超硬材料有限公司 一种立方氮化硼单晶及其制备方法
CN113444490A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 郑州益奇超硬材料有限公司 多晶立方氮化硼磨料及其制备方法
CN114293259A (zh) * 2021-12-06 2022-04-08 电子科技大学长三角研究院(湖州) 一种氮化硼晶体及其制备方法
CN115010500A (zh) * 2022-05-25 2022-09-06 山东鹏程陶瓷新材料科技有限公司 一种基于氮化硼的耐高温耐磨复合材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS582269A (ja) * 1981-06-27 1983-01-07 ベロルススキ−・ポリテクニチエスキ−・インステイテユト 密な構造の窒化硼素多結晶体の製造方法
CN102774817A (zh) * 2012-07-19 2012-11-14 郑州中南杰特超硬材料有限公司 回收提纯立方氮化硼合成尾料中六方氮化硼的工艺
CN106586981A (zh) * 2016-12-16 2017-04-26 富耐克超硬材料股份有限公司 立方氮化硼的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS582269A (ja) * 1981-06-27 1983-01-07 ベロルススキ−・ポリテクニチエスキ−・インステイテユト 密な構造の窒化硼素多結晶体の製造方法
CN102774817A (zh) * 2012-07-19 2012-11-14 郑州中南杰特超硬材料有限公司 回收提纯立方氮化硼合成尾料中六方氮化硼的工艺
CN106586981A (zh) * 2016-12-16 2017-04-26 富耐克超硬材料股份有限公司 立方氮化硼的制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109825880A (zh) * 2019-03-07 2019-05-31 信阳市德隆超硬材料有限公司 一种立方氮化硼单晶及其制备方法
CN109825880B (zh) * 2019-03-07 2021-08-24 信阳市德隆超硬材料有限公司 一种立方氮化硼单晶及其制备方法
CN113444490A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 郑州益奇超硬材料有限公司 多晶立方氮化硼磨料及其制备方法
CN113444490B (zh) * 2021-06-25 2022-08-26 郑州益奇超硬材料有限公司 多晶立方氮化硼磨料及其制备方法
CN114293259A (zh) * 2021-12-06 2022-04-08 电子科技大学长三角研究院(湖州) 一种氮化硼晶体及其制备方法
CN115010500A (zh) * 2022-05-25 2022-09-06 山东鹏程陶瓷新材料科技有限公司 一种基于氮化硼的耐高温耐磨复合材料及其制备方法
CN115010500B (zh) * 2022-05-25 2023-08-15 山东鹏程陶瓷新材料科技有限公司 一种基于氮化硼的耐高温耐磨复合材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN106586980B (zh) 2018-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106586980A (zh) 一种立方氮化硼的制备方法
CN100542949C (zh) 粗粒度立方氮化硼的合成方法
CN102719720B (zh) 一种(Ti,Mo,W(Ta,Nb))(C,N)固溶体粉末的制备方法
CN103361532B (zh) 一种固溶体增韧金属陶瓷及其制备方法
CN102962069A (zh) 合成含硼金刚石用触媒及其制备方法
CN101418383A (zh) 一种含钛炉渣制备TiCl4的方法
CN106586981A (zh) 立方氮化硼的制备方法
CN108178533B (zh) 高强再生胶凝材料制品的制备方法
CN104961445B (zh) 一种坩埚用复合陶瓷材料及其制备方法
CN104478458B (zh) 一种石墨烯球增韧SiCN陶瓷的制备方法
CN113387679A (zh) 一种高强度可回收环保陶瓷泥料的制备方法
CN109305823A (zh) 一种由催化裂化废催化剂制备的高强陶粒
CN1888148A (zh) 细粒度立方氮化硼单晶的生产方法
CN101181979A (zh) 高压合成立方氮化硼剩余六角氮化硼合成立方氮化硼的方法
CN105541339A (zh) 一种无结合剂聚晶氮化硼复合体的制备方法
CN1313419C (zh) 液相烧结复合碳化物陶瓷材料
CN107775011B (zh) 一种制备钛粉的方法
CN101508439B (zh) 一种湿法合成KMg3(AlSi3O10)F2晶体粉的制备方法
CN106396681A (zh) 一种高导热石墨材料的制作方法
CN113716579A (zh) 一种高活性煤系高岭土的生产方法
CN1587188A (zh) 一步合成高纯二硼化锆－三氧化二铝陶瓷复合粉末的方法
CN105503194A (zh) 一种蓝晶石选矿尾矿转型转相制备SiC-Al2O3复相粉体的方法
JPS61117107A (ja) 非晶質窒化ホウ素粉末およびその製造方法
CN116003114B (zh) 一种发泡陶瓷材料及其制备方法
CN110560696A (zh) 一种回收钛材制备钛合金球形粉末的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant