CN110902661A - 一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺，包括该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉由以下质量份数的原料制成：25‑35wt％的硼源，45‑50wt％的氮源，5％‑15％的有机溶剂。有益效果：实现对氮化硼粉的制作及有效破碎和颗粒球形化、纳米化，产物粒度在100nm‑1μm纳米之间。在化学剥离法的高能球磨装置能量大，破碎效率高。该工艺具有制备过程工艺简单，操作方便，所制备的超细纳米级氮化硼粉尺寸均一，且具有高硬度、高热导率、高热稳定性和高化学稳定性，可批量生产超细纳米立方氮化硼，产品表面积大，纯度高，广泛应用于纳米纤维制备，电子、喷涂及彩妆等领域。

Description

一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺

技术领域

本发明涉及喷涂技术领域，具体来说，涉及一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺。

背景技术

氮化硼晶体属六方晶系，结构与石墨相似，性能也有很多相似之处，所以又叫“白石墨”它有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度，是理想的散热材料和高温绝缘材料。氮化硼的化学稳定性好，能抵抗大部分熔融金属的浸蚀。它也有很好的自润滑性。

氮化硼粉末对静电喷涂技术和设备的应用已经有很长一段时间，这种技术和设备需要相当大的初始投资，当然也可以用刷子涂层和空气喷涂，并且在普通厂房里就可进行。而纳米级氮化硼粉的制作对所需温度和压力仍然很高，对设备条件的要求还十分严格，因此也就难于形成大的生产规模，需要在产品表面积、纯度上需要广泛应用于纳米纤维制备，电子、喷涂及彩妆等领域的纳米级氮化硼粉。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉。

该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉由以下质量份数的原料制成：

25-35wt％的硼源，45-50wt％的氮源，5％-15％的有机溶剂。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺。

该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制备，包括以下步骤：

将硼源和氮源前驱物充分混合，在含氮反应气氛条件下，先以1.5-2℃/min的速率将所述混合料升温至280-300℃，再以3-5℃/min的速率升温至1100-1500℃，操作中加热至并保温2-4h，自然冷却之后在保护气氛中降温至室温，获得粗产物；

将合成的氮化硼粗粉为原料，在高压釜中，采用有机溶剂的水溶液中作为反应介质；

通过对高压釜加热，在高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并反应生成新的晶体；

选择颗粒小于50目的氮化硼单晶，将其加入碳素钢材质的高能球磨罐中，球料重量比为30-150∶1，氩气保护下密封；

并在化学剥离法将氮化硼粉末剥离，高能球磨罐转速为950-1550rpm，合成时间为16-240h，产物用2mol/L的盐酸处理，洗成中性，烘干，制备出了结晶度较好、直径在在100nm-1μm之间的产物粒度。

进一步的，所述硼源与所述氮源前驱物的摩尔比为10:1-1:10。

进一步的，所述硼源为氧化硼，纯度≥97.0wt％；所述硼源的粒度≤0.1mm。

进一步的，所述氮源为氯化铵，纯度≥99.5wt％；所述氯化铵的粒度≤0.1mm。

进一步的，所述有机溶剂包括芳香族、烷烃、吡啶类、醚类、酯类。

进一步的，所述氮化硼单晶的烘干为在60-80℃中干燥6-12h。

进一步的，所述氮化硼单晶的剥离制备使用行星式球磨机进行机械球磨，球磨介质为氧化锆球，尿素为干法球磨试剂。通过球磨与超声结合的方法制备纳米氮化硼粉。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作中化学剥离法包括以下步骤：

将一定质量的氧化锆球加入到球磨罐中。将氮化硼单晶与尿素以1:20的比例混合，也加入到球磨罐中，盖上盖子。

将球磨罐放置于球磨机中，调节转速为950-1550rpm，转动时间为16-240h(交替运行)，进行转动。

球磨机停止工作后，打开球磨罐。可闻到刺激性气味气体。球磨罐中混合物整体结块贴附在罐壁处。

加入一定的去离子水，润湿球磨罐中混合物，混合物软化分散在去离子水中，用pH试纸测量pH约为8。将混合液转移到烧瓶中，水浴超声2小时；

将烧瓶中液体混合物转移至渗析带中渗析去除尿素；

用35℃水浴渗析一段时间后，3000rpm、30分钟离心处理，并通过2mol/L的盐酸处理，洗成中性，在真空烘箱过夜干燥即可得纳米氮化硼粉。

进一步的，所述纳米氮化硼粉的白度为≥93。

其中，本发明所采用的原料阐述如下：

所述硼源为氧化硼：化学式：B2O3，又称三氧化二硼，是硼最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体，一般以无定形的状态存在，很难形成晶体，但在高强度退火后也能结晶。它是已知的最难结晶的物质之一。熔融时可以溶解许多碱性的金属氧化物，生成有特征颜色的玻璃状硼酸盐和偏硼酸盐(玻璃)，用于制取元素硼和精细硼化合物。也可与多种氧化物化合制成具有特征颜色的硼玻璃、光学玻璃、耐热玻璃、仪器玻璃及玻璃纤维、光线防护材料等。还可用作油漆的耐火阻烯添加剂和干燥剂。

氮源为氯化铵：氯铵。是指盐酸的铵盐，多为制碱工业的副产品。含氮24％

26％，呈白色或略带黄色的方形或八面体小结晶，有粉状和粒状两种剂型，粒状氯化铵不易吸湿，易储存，而粉状氯化铵较多用作生产复肥的基础肥料。属生理酸性肥料，因含氯较多而不宜在酸性土和盐碱土上施用，不宜用作种肥、秧田肥或叶面肥，也不宜在忌氯作物(如烟草、马铃薯、柑橘、茶树等)上施用。氯化铵用于稻田肥效较高而且稳定，因为℃1既可抑制稻田硝化作用，又有利于水稻茎秆纤维形成，增加韧性，减少水稻倒伏和病虫侵袭。

有机溶剂包括芳香族、烷烃、吡啶类、醚类、酯类；

芳香族：芳香族化合物是一类具有苯环结构的化合物，它们结构稳定，不易分解，且毒性很强，会对环境造成严重的污染，对人体危害极大。历史上曾将一类从植物胶中取得的具有芳香气味的物质称为芳香族化合物。芳香族化合物在高中阶段一般是指碳氢化合物分子中至少含有一个带离域键的苯环，但现代芳香族化合物存在不含有苯环的例子。芳香族化合物均具有“芳香性”。

烷烃：是开链的饱和链烃，分子中的碳原子都以单键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。通式为℃nH2n+2，是最简单的一种有机化合物。烷烃的主要来源是石油和天然气，是重要的化工原料和能源物资。

吡啶类：有机化合物，是含有一个氮杂原子的六元杂环化合物。可以看做苯分子中的一个(℃H)被N取代的化合物，故又称氮苯，无色或微黄色液体，有恶臭。吡啶及其同系物存在于骨焦油、煤焦油、煤气、页岩油、石油中。吡啶在工业上可用作变性剂、助染剂，以及合成一系列产品(包括药品、消毒剂、染料等)的原料。

醚类：醚是醇或酚的羟基中的氢被烃基取代的产物。通式为R-O-R'，R和R’可以相同，也可以不同。相同者称为简单醚或者叫对称醚，不同者称为混合醚。如果R、R'分别是一个有机基团两端的碳原子则称为环醚，如环氧乙烷等。多数醚在常温下为无色液体，有香味，沸点低，比水轻，性质稳定。醚类一般具有麻醉作用。如乙醚是临床常用的吸入麻醉剂。

酯类：酯是指有机化学中醇与羧酸或无机含氧酸发生酯化反应生成的产物。广泛存在于自然界，例如乙酸乙酯存在于酒、食醋和某些水果中；乙酸异戊酯存在于香蕉、梨等水果中；苯甲酸甲酯存在于丁香油中；水杨酸甲酯存在于冬青油中。高级和中级脂肪酸的甘油酯是动植物油脂的主要成分，高级脂肪酸和高级醇形成的酯是蜡的主要成分。

本发明的有益效果为：通过实现对氮化硼粉的制作及有效破碎和颗粒球形化、纳米化，产物粒度在100nm-1μm纳米之间。在化学剥离法的高能球磨装置能量大，破碎效率高。该工艺具有制备过程工艺简单，操作方便，所制备的超细纳米级氮化硼粉尺寸均一，且具有高硬度、高热导率、高热稳定性和高化学稳定性，可批量生产超细纳米立方氮化硼，产品表面积大，纯度高，广泛应用于纳米纤维制备，电子、喷涂及彩妆等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺的化学剥离法流程图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉。

该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉由以下质量份数的原料制成：

25-35wt％的硼源，45-50wt％的氮源，5％-15％的有机溶剂。

为了更清楚的理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实例对本发明的上述方案进行详细说明。

实施例一：

一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉，该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉由以下质量份数的原料制成：

25wt％的硼源，45wt％的氮源，5％的有机溶剂。

该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制备，包括以下步骤：

将硼源和氮源前驱物充分混合，在含氮反应气氛条件下，先以1.5℃/min的速率将所述混合料升温至280℃，再以3℃/min的速率升温至1100℃，操作中加热至并保温2h，自然冷却之后在保护气氛中降温至室温，获得粗产物；

将合成的氮化硼粗粉为原料，在高压釜中，采用有机溶剂的水溶液中作为反应介质；

通过对高压釜加热，在高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并反应生成新的晶体；

选择颗粒小于50目的氮化硼单晶，将其加入碳素钢材质的高能球磨罐中，球料重量比为30∶1，氩气保护下密封；

并在化学剥离法将氮化硼粉末剥离，高能球磨罐转速为950rpm，合成时间为16h，产物用2mol/L的盐酸处理，洗成中性，烘干，制备出了结晶度较好、直径在在100nm-1μm之间的产物粒度。

实施例二：

一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉，该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉由以下质量份数的原料制成：

30wt％的硼源，50wt％的氮源，10％的有机溶剂。

该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制备，包括以下步骤：

将硼源和氮源前驱物充分混合，在含氮反应气氛条件下，先以1.7℃/min的速率将所述混合料升温至290℃，再以4℃/min的速率升温至1300℃，操作中加热至并保温3h，自然冷却之后在保护气氛中降温至室温，获得粗产物；

将合成的氮化硼粗粉为原料，在高压釜中，采用有机溶剂的水溶液中作为反应介质；

通过对高压釜加热，在高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并反应生成新的晶体；

选择颗粒小于50目的氮化硼单晶，将其加入碳素钢材质的高能球磨罐中，球料重量比为100∶1，氩气保护下密封；

并在化学剥离法将氮化硼粉末剥离，高能球磨罐转速为1250rpm，合成时间为100h，产物用2mol/L的盐酸处理，洗成中性，烘干，制备出了结晶度较好、直径在在100nm-1μm之间的产物粒度。

实施例三：

一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉，该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉由以下质量份数的原料制成：

35wt％的硼源，50wt％的氮源，15％的有机溶剂。

该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制备，包括以下步骤：

将硼源和氮源前驱物充分混合，在含氮反应气氛条件下，先以2℃/min的速率将所述混合料升温至300℃，再以5℃/min的速率升温至1500℃，操作中加热至并保温4h，自然冷却之后在保护气氛中降温至室温，获得粗产物；

将合成的氮化硼粗粉为原料，在高压釜中，采用有机溶剂的水溶液中作为反应介质；

通过对高压釜加热，在高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并反应生成新的晶体；

选择颗粒小于50目的氮化硼单晶，将其加入碳素钢材质的高能球磨罐中，球料重量比为150∶1，氩气保护下密封；

并在化学剥离法将氮化硼粉末剥离，高能球磨罐转速为1550rpm，合成时间为240h，产物用2mol/L的盐酸处理，洗成中性，烘干，制备出了结晶度较好、直径在在100nm-1μm之间的产物粒度。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下结合附图对本发明的上述方案的流程进行详细说明，具体如下：

根据本发明的实施例，还提供了一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作工艺。

如图1所示，在实际生产过程中，该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉及其制作，包括以下步骤：

步骤S101，将硼源和氮源前驱物充分混合，在含氮反应气氛条件下，先以1.5-2℃/min的速率将所述混合料升温至280-300℃，再以3-5℃/min的速率升温至1100-1500℃，操作中加热至并保温2-4h，自然冷却之后在保护气氛中降温至室温，获得粗产物；

步骤S103，将合成的氮化硼粗粉为原料，在高压釜中，采用有机溶剂的水溶液中作为反应介质；

步骤S105，通过对高压釜加热，在高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并反应生成新的晶体；

步骤S107，选择颗粒小于50目的氮化硼单晶，将其加入碳素钢材质的高能球磨罐中，球料重量比为30-150∶1，氩气保护下密封；

步骤S109，并在化学剥离法将氮化硼粉末剥离，高能球磨罐转速为950-1550rpm，合成时间为16-240h，产物用2mol/L的盐酸处理，洗成中性，烘干，制备出了结晶度较好、直径在在100nm-1μm之间的产物粒度。

在一个实施例中，所述硼源与所述氮源前驱物的摩尔比为10:1-1:10。

在一个实施例中，所述硼源为氧化硼，纯度≥97.0wt％；所述硼源的粒度≤0.1mm。

在一个实施例中，所述氮源为氯化铵，纯度≥99.5wt％；所述氯化铵的粒度≤0.1mm。

在一个实施例中，所述有机溶剂包括芳香族、烷烃、吡啶类、醚类、酯类。

在一个实施例中，所述氮化硼单晶的烘干为在60-80℃中干燥6-12h。

在一个实施例中，所述氮化硼单晶的剥离制备使用行星式球磨机进行机械球磨，球磨介质为氧化锆球，尿素为干法球磨试剂。通过球磨与超声结合的方法制备纳米氮化硼粉。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺。

该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作中化学剥离法包括以下步骤：

步骤S201，将一定质量的氧化锆球加入到球磨罐中。将氮化硼单晶与尿素以1:20的比例混合，也加入到球磨罐中，盖上盖子；

步骤S203，将球磨罐放置于球磨机中，调节转速为950-1550rpm，转动时间为16-240h(交替运行)，进行转动；

步骤S205，球磨机停止工作后，打开球磨罐。可闻到刺激性气味气体。球磨罐中混合物整体结块贴附在罐壁处；

步骤S207，加入一定的去离子水，润湿球磨罐中混合物，混合物软化分散在去离子水中，用pH试纸测量pH约为8。将混合液转移到烧瓶中，水浴超声2小时；

步骤S209，将烧瓶中液体混合物转移至渗析带中渗析去除尿素；

步骤S211，用35℃水浴渗析一段时间后，3000rpm、30分钟离心处理，并通过2mol/L的盐酸处理，洗成中性，在真空烘箱过夜干燥即可得纳米氮化硼粉。

在一个实施例中，所述纳米氮化硼粉的白度为≥93。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过实现对氮化硼粉的制作及有效破碎和颗粒球形化、纳米化，产物粒度在100nm-1μm纳米之间。在化学剥离法的高能球磨装置能量大，破碎效率高。该工艺具有制备过程工艺简单，操作方便，所制备的超细纳米级氮化硼粉尺寸均一，且具有高硬度、高热导率、高热稳定性和高化学稳定性，可批量生产超细纳米立方氮化硼，产品表面积大，纯度高，广泛应用于纳米纤维制备，电子、喷涂及彩妆等领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉，其特征在于，该用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉由以下质量份数的原料制成：

25-35wt％的硼源，45-50wt％的氮源，5％-15％的有机溶剂。

2.一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，用于权利要求1所述的用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制备，包括以下步骤：

将硼源和氮源前驱物充分混合，在含氮反应气氛条件下，先以1.5-2℃/min的速率将所述混合料升温至280-300℃，再以3-5℃/min的速率升温至1100-1500℃，操作中加热至并保温2-4h，自然冷却之后在保护气氛中降温至室温，获得粗产物；

将合成的氮化硼粗粉为原料，在高压釜中，采用有机溶剂的水溶液中作为反应介质；

通过对高压釜加热，在高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并反应生成新的晶体；

选择颗粒小于50目的氮化硼单晶，将其加入碳素钢材质的高能球磨罐中，球料重量比为30-150∶1，氩气保护下密封；

并在化学剥离法将氮化硼粉末剥离，高能球磨罐转速为950-1550rpm，合成时间为16-240h，产物用2mol/L的盐酸处理，洗成中性，烘干，制备出了结晶度较好、直径在在100nm-1μm之间的产物粒度。

3.根据权利要求2所述的用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，所述硼源与所述氮源前驱物的摩尔比为10:1-1:10。

4.根据权利要求2所述的用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，所述硼源为氧化硼，纯度≥97.0wt％；所述硼源的粒度≤0.1mm。

5.根据权利要求2所述的用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，所述氮源为氯化铵，纯度≥99.5wt％；所述氯化铵的粒度≤0.1mm。

6.根据权利要求2所述的用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，所述有机溶剂包括芳香族、烷烃、吡啶类、醚类、酯类。

7.根据权利要求2所述的用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，所述氮化硼单晶的烘干为在60-80℃中干燥6-12h。

8.根据权利要求2所述的用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，所述氮化硼单晶的剥离制备使用行星式球磨机进行机械球磨，球磨介质为氧化锆球，尿素为干法球磨试剂。通过球磨与超声结合的方法制备纳米氮化硼粉。

9.根据权利要求8所述的一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，该化学剥离法包括以下步骤：

将一定质量的氧化锆球加入到球磨罐中。将氮化硼单晶与尿素以1:20的比例混合，也加入到球磨罐中，盖上盖子。

将球磨罐放置于球磨机中，调节转速为950-1550rpm，转动时间为16-240h(交替运行)，进行转动。

球磨机停止工作后，打开球磨罐。可闻到刺激性气味气体。球磨罐中混合物整体结块贴附在罐壁处。

加入一定的去离子水，润湿球磨罐中混合物，混合物软化分散在去离子水中，用pH试纸测量pH约为8。将混合液转移到烧瓶中，水浴超声2小时；

将烧瓶中液体混合物转移至渗析带中渗析去除尿素；

用35℃水浴渗析一段时间后，3000rpm、30分钟离心处理，并通过2mol/L的盐酸处理，洗成中性，在真空烘箱过夜干燥即可得纳米氮化硼粉。

10.根据权利要求9所述的一种用于喷涂领域的纳米级氮化硼粉的制作工艺，其特征在于，所述纳米氮化硼粉的白度为≥93。

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