KR20140015986A - 다공성 질화붕소 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 질화붕소 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 다공성 질화붕소는 붕소 소스와 질소 소스를 혼합한 후 가열하여 화합물을 형성한 후 붕소와 질소를 제외한 나머지 원소를 추출함으로써 수득될 수 있다. 본 발명의 다공성 질화붕소는 마이크로 기공 및 메조 기공을 모두 포함하며, 큰 비표면적을 가져 다양한 영역에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

다공성 질화붕소 및 이의 제조방법{Porous boron nitride and method for preparing the same}
본 발명은 다공성 질화붕소 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 고기공 및 고비표면적을 갖는 다공성 질화붕소 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
탄소 재료는 촉매, 연료전지, 이차전지 전극재료, 슈퍼 커패시터, 복합재료, 가스센서, 태양전지, 각종 전자 소자 등의 다방면의 산업에 적용되는 이용가치가 큰 재료이다. 탄소는 매우 다양한 형태로 응용이 되고 있다.
특히 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 등은 높은 전도도를 가지면서도 기계적 물성이 매우 높으며, 비표면적이 매우 높은 활성탄 또는 비정질 탄소의 경우, 높은 기공도 및 안정한 탄소의 특성으로 연료전지 및 이차전지의 전극 재료 분야에서 많이 연구가 진행되고 있다. 또한 탄화수소 및 수소 등의 연료용 기체 저장물질 또는 오염된 지역이나 이산화탄소 등의 인체에 해로운 기체를 정제할 수 있는 분리 모체로도 주목을 받고 있다.
최근 다공성 탄소 재료로써 카바이드 유래 탄소(Carbide derived carbon, 이하, CDC) 물질이 연구되어 큰 관심을 모으고 있다. (Gogotsi et al. 1997 J. Mater. Chem .7:1841-1848; Boehm et al. Proc .12 th Biennial Conf . on Carbon149-150 (Pergamon, Oxford, 1975). 비정질상의 CDC는 대부분 2nm 이하의 마이크로 기공을 가지고 있으며, 따라서 수소저장에 사용할 수 있는 이상적인 기공의 크기인 0.6~0.9nm의 기공만을 선택적으로 생성할 수 있다고 보고하였다.
그런데 2nm 이상의 메조 기공 역시 반도체 또는 크기가 큰 기체 저장, 의학용 치료제의 흡착 모체 또는 윤활유의 흡착제 등 매우 다양한 산업에서 상대적으로 큰 기공의 수요가 매우 크다.
최근에는 단순히 비표면적, 기공 크기의 조절뿐만이 아닌, 기공 부피의 조절이 더 중요한 특성으로 주목을 받고 있다. 따라서 기공 조절을 위하여 다양한 원료를 사용하여 CDC 합성을 시도하였다. CDC의 원료물질로는 TiC, ZrC, WC, SiC, TaC, B4C, HfC, Al4C3 등 대부분의 탄화물이 사용이 되었으나 약간의 차이 외에는, 탄화물의 금속원자 종류에 따라 주목을 받을 만한 결과를 보이지는 못하고 있어 아직 2nm이상의 메조 기공까지 형성 가능한 CDC에 대해서는 보고된 바가 없다.
질화붕소(BN)는 이러한 탄소소재(carbonous materials)에 비해 이론적으로 1.5배 이상의 결합 에너지를 가지고 있는 물질이다. 이는 질화붕소의 극성 (hetero-polarity)에 기인한 것인데 계면에 의하면 탄소 소재의 경우 0.05~0.06ev/atom 인 반면 BN 은 0.09~0.1ev/atom 인 것으로 나타났다. 이에 관한 여러 연구가 보고된 바 있고 template method, substitution method가 현재까지 알려진 주요 합성 방법이다. 다만 아직까지 보고된 질화붕소의 비표면적(SSA)은 탄소 소재에 비해서 매우 낮은 상태이다. 이를 효과적으로 늘릴 방안이 확보된다면 질화붕소 물질이 탄소 소재를 포함한 여러 기공 소재들을 대체할 수 있을 것이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 마이크로 기공 및 메조 기공을 가지는 고비표면적의 다공성 질화붕소를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 다공성 질화붕소의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 입경이 2nm 미만인 마이크로 기공 및 2 내지 50nm인 메조 기공을 포함하는 다공성 질화붕소를 제공한다.
또한 본 발명은,
붕소 또는 붕소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 붕소 소스와 질소 또는 질소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 질소 소스를 혼합하는 단계;
상기 혼합된 혼합물을 가열하여 할로겐 기체와 반응시키는 단계; 및
수소 분위기 하에서 가열하는 단계를 포함하는 다공성 질화붕소의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다공성 질화붕소에 따르면, 입경이 2nm 미만인 마이크로 기공 및 2nm 이상의 메조 기공을 포함하는 다공성 질화붕소를 제공함으로써 상대적으로 큰 기공이 요구되는 다양한 응용 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다공성 질화붕소의 제조방법에 따르면, 간단한 방법으로 용도에 따라 다양한 크기의 기공과 비표면적을 갖는 다공성 질화붕소를 손쉽게 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 질화붕소 분말의 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 질화붕소 분말의 질소 흡착 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 다공성 질화붕소는 입경이 2nm 미만인 마이크로 기공 및 2 내지 50nm인 메조 기공을 포함한다.
또한 본 발명의 다공성 질화붕소의 제조방법은, 붕소 또는 붕소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 붕소 소스와 질소 또는 질소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 질소 소스를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물을 가열하여 할로겐 기체와 반응시키는 단계; 및 수소 분위기 하에서 가열하는 단계를 포함하는 다공성 질화붕소의 제조방법을 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다공성 질화붕소 및 이의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 입경이 2nm 미만인 마이크로 기공 및 2 내지 50nm인 메조 기공을 포함하는 다공성 질화붕소를 제공한다.
본 발명의 다공성 질화붕소는 카바이드 유래 탄소(Carbide derived carbon, CDC)와 유사한 방법으로 수득될 수 있다. 카바이드 유래 탄소는 카바이드 화합물을 할로겐 원소 함유 기체와 열화학 반응시켜서 카바이드 화합물 내의 탄소를 제외한 나머지 원소를 추출함으로써 제조되는 탄소로서 수소 저장 물질 및 전극 재료로 기존의 활성 탄소(activated carbon)에 비하여 양호한 물성을 보여 관심을 끌고 있다.
다공성 질화붕소에 있어서, 2nm 미만의 마이크로 기공을 갖는 다공성의 다공성 질화붕소는 알려져 있으나 2nm 이상의 크기를 갖는 메조 기공을 갖는 다공성 질화붕소는 보고된 바가 없다.
본 발명에 있어서, 마이크로 기공(micropores)은 입경이 약 2nm 미만인 기공을 의미하며, 메조 기공(mesopores)은 입경이 약 2nm 이상, 예를 들어 약 2 내지 약 50 nm인 기공을 의미한다.
본 발명의 다공성 질화붕소는 표면에 다수의 기공이 형성되어 있으며 마이크로 기공 및 메조 기공을 모두 포함한다.
상기와 같이, 본 발명의 다공성 질화붕소는 2nm 미만의 마이크로 기공과 2nm이상의 메조 기공을 함께 가짐으로써 수소와 같은 크기가 작은 기체의 저장이나 흡착뿐 아니라 상대적으로 큰 기공이 요구되는 영역, 예를 들면 수소보다 크기가 큰 기체의 저장, 의학용 치료제의 흡착 모체 또는 윤활유의 흡착제, 촉매, 슈퍼 캐패시터(super capacitor)의 전극, 필터 등 다양한 응용 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다공성 질화붕소에 있어서, 상기 마이크로 기공의 부피의 분율은 상기 마이크로 기공 및 메조 기공을 포함하는 기공의 총 부피에 대하여 약 30%이상, 예를 들어 약 30 내지 약 90%, 바람직하게는 약 40% 내지 약 80%일 수 있다. 상기 기공의 부피는 특정 온도를 유지한 상태에서, 예를 들어 액체질소를 이용하여 77K를 유지하면서, 질소기체를 0기압에서 1기압까지 넣으면서 흡착된 질소의 양을 부피로 환산하여 측정한다. 이때 기공에 기체가 가득 찬 상태를 기준으로 기공의 부피를 전체 부피로 나누면 기공의 부피비율을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다공성 질화붕소에서 마이크로 기공은 약 0.1 내지 약 0.4 cm3/g로 포함될 수 있으며, 메조 기공은 약 0.4 내지 약 0.7 cm3/g로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 다공성 질화붕소의 비표면적은 약300 m2/g 이상이며, 예를 들어 약 300 내지 약 1,200 m2/g, 바람직하게는 약 500 내지 약 1,200 m2/g, 보다 바람직하게는 약 600 내지 약 1,000 m2/g일 수 있다. 상기 비표면적은 특정 온도를 유지한 상태에서, 예를 들어 액체질소를 이용하여 77K를 유지하면서, 질소 기체를 0기압에서 1기압까지 넣으면서 각각의 압력조건에서 흡착된 질소의 양을 단분자층으로 질소가 흡착했다는 가정하에 하기 계산식 1을 통하여 구할 수 있다.
[계산식 1]
SSA = Vmono /22400 * s * N = 4.35 Vmono
(SSA = 비표면적[m2/g], Vmono = 기공체 gram 당 질소의 단분자층 흡착 측정부피[m3/g], 22400 = 질소 1mol의 부피 [m3/mol], s =질소의 cross sectional area [m2/atom], N=아보가드로수 [atom/mol])
본 발명의 다공성 질화붕소는, 붕소 또는 붕소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 붕소 소스와 질소 또는 질소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 질소 소스를 혼합한 후 가열하여 화합물을 형성한 후 붕소와 질소를 제외한 나머지 원소를 추출함으로써 수득될 수 있으며 후술하는 다공성 질화붕소의 제조방법에서 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 붕소 또는 붕소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 붕소 소스와 질소 또는 질소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 질소 소스를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물을 가열하여 할로겐 기체와 반응시키는 단계; 및 수소 분위기 하에서 가열하는 단계를 포함하는 다공성 질화붕소의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 붕소 소스는 TiB2와 같은 붕소 금속 화합물일 수 있고, 상기 질소 소스는 TiN와 같은 질소 금속 화합물일 수 있다.
종래의 다공성 질화붕소를 합성하는 방법으로는, 고기공 탄소 물질을 보론 산화물과 섞은 후 약 1,500℃의 고온 조건에서 질소 분위기에서 치환과정을 통해 합성하는 방법이 있다. 또는 제올라이트(zeolite), 고기공 탄소물질을 모체로 하여 보론 전구체를 사용하여 template 방법을 사용하는 것이 알려져 있다. 하지만 이러한 방법들은 합성 온도가 매우 고온에서 진행되어야 하고 값비싼 전구체를 필요로 하며 적절한 후처리 없이는 고순도를 얻을 수 없다는 단점을 지니고 있다. 그러나, 본 발명의 다공성 질화붕소의 제조방법에 따르면, 간단한 방법과 값싼 전구체를 이용하여 용도에 따라 다양한 크기의 기공과 비표면적을 갖는 다공성 질화붕소를 상대적으로 저온의 조건에서 손쉽게 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 붕소 소스와 상기 질소 소스를 혼합하는 단계 이후에 또는 혼합과 동시에 분쇄하는 공정을 수행할 수 있다. 상기 분쇄 공정은 예를 들어 고에너지 볼 밀(high energy ball mill)을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 고에너지 볼 밀을 사용함으로써 상기 붕소 소스와 상기 질소 소스의 혼합물을 보다 균일하게 혼합할 수 있으며 또한 일반적 볼 밀보다 혼합물에 높은 에너지로 분쇄하므로 결함(defect)의 양을 증가시켜 안정적으로 다공성 소재를 제조할 수 있다.
상기 고에너지 볼 밀(high energy ball mill)을 사용하여 분쇄할 때 예를 들어 어트리터 밀(attritor mill), 유성형 밀(planetery mill), 또는 수평형 밀(horizontal mill) 등의 수단을 사용할 수 있으며, BPR (ball-to-power ratio)이 약 10:1 이상, 밀링 속도는 약 50rpm 이상으로 하여 건식으로 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 혼합된 혼합물을 할로겐 기체와 반응시키는 단계는, 약 300℃ 내지 약 1,200℃ 의 온도에서 가열 시간은 약 5분 내지 약 5시간, 바람직하게는 약 600℃ 내지 약 800℃의 온도에서 약 1시간 내지 약 4시간 동안 가열하여 수행할 수 있다. 이때 사용되는 할로겐 기체는 염소 기체(Cl2)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 혼합된 혼합물을 할로겐 기체와 반응시킴으로써 상기 혼합물에서 붕소 및 질소를 제외한 원소들은 추출되어 이들 원소가 있던 자리에 기공이 생기면서 다공성 질화붕소를 수득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화합물을 할로겐 기체와 반응시키는 단계 이후에, 수소 분위기 하에서 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도로 가열하여 열처리하는 단계를 수행함으로써 잔여 할로겐 기체를 제거할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소 분위기 하에서 가열하여 잔여 할로겐 기체를 제거하는 단계 후에, 기공을 활성화(activation)하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 기공을 활성화하는 단계를 수행함으로써 표면에 더 많은 기공을 발생시키거나 기공의 입경을 증가시켜 단위 질량당 표면적을 보다 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 기공을 활성화하는 단계는, 다공성 질화붕소 분말에 대해 He 또는 Ar과 같은 비활성 기체 및 N2 기체 중 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상의 기체 분위기에서 일정 온도, 예를 들어 약 25 내지 약 1,000 ℃에 도달할 때까지 가열한 후, 상기 도달한 목표 온도에서 이산화탄소 기체(CO2)를 흐르게 하며 일정 시간 동안, 예를 들어 약 10분 내지 약 2시간 동안 가열함으로써 수행될 수 있다. 상기와 같이 이산화탄소를 투입하기 이전에 비활성 기체를 이용하면 기공 활성화를 효과적으로 달성할 수 있다.
이하, 다음의 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 가능성을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한 해석하고자 의도하는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 1
목표가 되는 B와 N의 비율을 1:1 에 근접하게 하여 결합하는 원소들과의 화학량론적 비(stoichiometry)가 Boron-Nitride 결합을 하도록 TiB2 1.0788 g과 TiN 1.9212 g을 준비하여 혼합하였다.
이들을 Planetary mill로 250rpm 조건에서 BPR(Ball-to-Powder Ratio) 30:1의 조건으로 20시간 동안 건식으로 YSZ(Yittrium Stabilized Zirconia) 볼을 사용하여 분쇄하였다.
제조된 화합물 분말을 500℃에서 3시간 동안 염소기체로 처리한 후 600℃에서 2시간 동안 수소분위기에서 열처리함으로써 잔여 염소기체를 제거하여 다공성 질화붕소 분말을 수득하였다.
실시예 2 내지 4
염소기체로 처리하는 온도를 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 질화붕소 분말을 제조하였다.
각 실시예에 따른 다공성 질화붕소의 비표면적(SSA), 마이크로 기공의 부피 및 메조기공의 부피를 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
실시예
No.		 염소기체
처리온도
(°C)		 사용원료(gram/batch) 비표면적
(m2/g)		 마이크로기공
(cm3/g)		 메조기공
(cm3/g)
TiB2 TiN
1 500 1.0788g 1.9212g 334 0.14 0.34
2 600 960 0.38 0.28
3 700 795 0.31 0.18
4 800 570 0.22 0.18
상기 표 1을 참고하면, 총 비표면적(SSA)은 마이크로 기공의 부피와 비례적인 관계에 있는 것을 알 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 다공성 질화붕소 분말의 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참고로 하면, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 모든 분말은 (002) peak 과 (10) peak 이 나타나는 전형적인 turbostratic 한 질화붕소의 구조를 가지는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 2가 가장 무정형한(amorphous) 특성을 보인다는 것 또한 알 수 있다.
도 2는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 다공성 질화붕소 분말의 질소 흡착 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2에서, ad는 adsorption(흡착)을, de는 desorption(탈착)을 의미한다.
도 2를 참고로 하면, 실시예 1의 경우 IUPAC 의 분류를 참고하여 볼 때 Ⅳ 타입의 흡착 곡선을 보이고 이는 mesopore 한 구조임을 증명한다. 반면 실시예 2, 3 및 4의 경우 Ⅰ 타입과 Ⅳ 타입이 동시에 보이며 이는 마이크로 기공과 메조 기공이 모두 존재하는 구조임을 의미한다.
실시예 2 와 3의 탈착곡선에서 보이는 히스테리스시 곡선(hysteresis loop) 또한 이들이 메조기공 구조를 가지고 있음을 증명해 준다.

Claims (14)

  1. 입경이 2nm 미만인 마이크로 기공 및 2 내지 50nm인 메조 기공을 포함하는 다공성 질화붕소.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메조 기공을 0.4 내지 0.7 cm3/g로 포함하는 다공성 질화붕소.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로 기공을 0.1 내지 0.4 cm3/g로 포함하는 다공성 질화붕소.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 마이크로 기공 및 메조 기공을 포함하는 기공의 총 부피에 대하여, 상기 메조 기공의 부피 비율이 30% 이상인 다공성 질화붕소.
  5. 제 1 항에 있어서, 비표면적이 300 내지 1,200m2/g 인 다공성 질화붕소.
  6. 붕소 또는 붕소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 붕소 소스와 질소 또는 질소 함유 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 질소 소스를 혼합하는 단계;
    상기 혼합된 혼합물을 가열하여 할로겐 기체와 반응시키는 단계; 및
    수소 분위기 하에서 가열하는 단계를 포함하는 다공성 질화붕소의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 붕소 소스는 TiB2이고, 상기 질소 소스는 TiN인 다공성 질화붕소의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 붕소 소스와 상기 질소 소스를 혼합하는 동시에 또는 혼합하는 단계 후에, 상기 혼합물을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 질화붕소의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 혼합물을 분쇄하는 단계는 고에너지 볼 밀(high energy ball mill)을 사용하여 수행하는 다공성 질화붕소의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 할로겐 기체는 염소(Cl2) 기체인 다공성 질화붕소의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 혼합된 혼합물을 할로겐 기체와 반응시키는 단계는 300 내지 1,200℃의 온도에서 5분 내지 5시간 동안 수행하는 다공성 질화붕소의 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 수소 분위기 하에서 가열하는 단계는 400 내지 600℃의 온도로 수행하는 다공성 질화붕소의 제조방법.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 수소 분위기 하에서 가열하는 단계 이후에, 기공 활성화 단계를 더 포함하는 다공성 질화붕소의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 기공 활성화 단계는,
    비활성 기체 및 N2 기체 중 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상의 기체 분위기에서 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 온도에서 이산화탄소 기체(CO2)를 흘려 보내주는 단계를 포함하는 다공성 질화붕소의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2532043B (en) 2014-11-06 2021-04-14 Honeywell Technologies Sarl Methods and devices for communicating over a building management system network
GB201704321D0 (en) * 2017-03-17 2017-05-03 Imp Innovations Ltd Amorphous porous boron nitride
EP3820811A4 (en) * 2018-07-11 2022-05-11 National Research Council of Canada BNNT PURIFICATION METHOD AND APPARATUS

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE342047C (de) * 1919-03-22 1921-10-12 Friedrich Meyer Dr Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von reinem Bornitrid
FR1065685A (fr) * 1951-08-25 1954-05-28 Cie Des Meules Norton Procédé de fabrication du nitrure de bore
US3837997A (en) 1971-03-16 1974-09-24 Carborundum Co Boron nitride products
US4014979A (en) * 1971-07-19 1977-03-29 Anatoly Nikolaevich Dremin Method of producing wurtzite-like boron nitride
US4402925A (en) 1981-09-28 1983-09-06 Union Carbide Corporation Porous free standing pyrolytic boron nitride articles
DE69119614D1 (de) * 1990-01-23 1996-06-27 Sumitomo Electric Industries Verfahren zum Herstellen eines Bornitridfilms
US5053365A (en) * 1990-02-28 1991-10-01 The Ohio State University Research Foundation Method for the low temperature preparation of amorphous boron nitride using alkali metal and haloborazines
US5169613A (en) * 1991-02-06 1992-12-08 The Ohio State University Research Foundation Method for the preparation of boron nitride using ammonia-monohaloborane
JP2927149B2 (ja) * 1993-08-05 1999-07-28 日本鋼管株式会社 窒化ホウ素含有無機材料の製造方法
RU94032296A (ru) 1994-09-07 1996-07-20 Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения керамического изделия на основе нитрида бора
SE519862C2 (sv) * 1999-04-07 2003-04-15 Sandvik Ab Sätt att tillverka ett skär bestående av en PcBN-kropp och en hårdmetall- eller cermet-kropp
DE10085011T1 (de) * 1999-09-21 2003-01-16 Saint Gobain Ceramics Wärmeleitfähige Materialien in einer hydrophoben Verbindung für die Handhabung von Wärme
CN1101337C (zh) 2001-07-10 2003-02-12 山东大学 制备氮化硼纳米微粉的方法
JP3890408B2 (ja) * 2002-11-27 2007-03-07 独立行政法人物質・材料研究機構 水素吸蔵用窒化ホウ素ナノチューブの製造方法
JP4803422B2 (ja) * 2005-07-22 2011-10-26 独立行政法人物質・材料研究機構 窒化ホウ素系多孔体およびその製造方法
US7745362B2 (en) * 2006-08-11 2010-06-29 General Electric Company Metal-containing structured ceramic materials
CN101602497A (zh) 2009-07-03 2009-12-16 山东大学 一步法无模板低温制备多孔氮化硼的工艺

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