專利名稱：一種用氮化硼和氮化鋰為原料制備硼氮化鋰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化合物L(fēng)i3BN2制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用B4C和Li3N為原料制備Li3BN2化合物的方法。
背景技術(shù)：
Li3BN2是合成超硬材料立方氮化硼的重要催化劑，已在合成立方氮化硼的工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。立方氮化硼硬度低于金剛石，但金剛石不能用于黑色金屬的磨削加工，所以立方氮化硼是目前加工黑色金屬及其合金的最佳磨削材料。近年來(lái)的研究表明，一種由B、C、N組成的新型超硬材料(化學(xué)組成表示成BxCyNz)可以綜合金剛石和立方氮化硼的性能。而且研究也表明，在晶體中摻雜C的立方氮化硼磨料表現(xiàn)出更好的韌性，將具有更好的磨削性能。
目前已有多篇關(guān)于Li3BN2結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用方面的研究報(bào)道，其中合成Li3BN2的方法都是采用以六方氮化硼和氮化鋰為原料，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于750-1100C溫度下反應(yīng)的技術(shù)路線。徐曉偉等人在高壓物理學(xué)報(bào)，15(1)(2001)發(fā)表文章中提到有碳化硼和氮化鋰參與的反應(yīng)，但該文章是研究氮化鋰在合成氮化硼反應(yīng)中的作用，沒有提及本發(fā)明關(guān)于碳化硼與氮化鋰反應(yīng)生成Li3BN2的結(jié)果。
以六方氮化硼和氮化鋰為原料合成Li3BN2的方法一般采用六方氮化硼相對(duì)氮化鋰過(guò)量的原料配比，因而合成產(chǎn)物中除反應(yīng)生成的Li3BN2外，尚有小部分未參與反應(yīng)的六方氮化硼共存。本發(fā)明以碳化硼和氮化鋰為原料，合成產(chǎn)物中除Li3BN2外，可以有小量碳成分存在。這種與催化劑Li3BN2有機(jī)結(jié)合的碳成分會(huì)有利于摻雜進(jìn)入生成的立方氮化硼晶體中，而且對(duì)合成新型超硬材料BxCyNz也可能有好的催化作用。
Li3BN2也是一種鋰離子導(dǎo)體，可以作為鋰離子電池的電極材料。由于碳也可作為鋰離子電池的電極材料，所以作為鋰離子電池的電極材料使用時(shí)，殘留碳的Li3BN2將比殘留六方氮化硼的Li3BN2更有利。
此外，目前碳化硼的市場(chǎng)售價(jià)低于六方氮化硼，故本發(fā)明對(duì)降低合成Li3BN2成本也是有利的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以碳化硼和氮化鋰為原料合成Li3BN2化合物的方法。以降低合成Li3BN2化合物的原料成本，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明以碳化硼和氮化鋰為原料，在通氮?dú)獾姆磻?yīng)爐中，800～1000C保溫1.5～2.5小時(shí)制備Li3BN2。具體工藝如下
把氮化鋰粉末和碳化硼粉末按每摩爾碳化硼對(duì)應(yīng)3.5～5.0molar(摩爾)氮化鋰的比例配料并混合均勻。其中碳化硼和氮化鋰粉末的粒度可在4um-200um范圍內(nèi)，粉末顆粒細(xì)可減少反應(yīng)時(shí)間，但粗顆粒原料一樣能合成出Li3BN2。
把混合好的原料放入反應(yīng)坩堝內(nèi)，并置于密閉反應(yīng)爐中。先向反應(yīng)爐中通氮?dú)庖耘懦磻?yīng)爐腔體中的空氣，接著按每分鐘5℃升溫速度升溫至800～1000℃，在該溫度下保溫1～2小時(shí)，然后隨爐冷卻。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中始終對(duì)反應(yīng)爐通小氣流氮?dú)狻＠鋮s到室溫后，取出反應(yīng)坩堝，得到的塊狀產(chǎn)物即為L(zhǎng)i3BN2，粉碎后得到Li3BN2粉末。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明與現(xiàn)有合成Li3BN2化合物的方法相比，降低了原料成本，而且產(chǎn)物中含有碳成分，不含有氮化硼成分的結(jié)果可以使其用于合成超硬材料立方氮化硼和BxCyNz領(lǐng)域，并可在作為鋰離子電池電極材料領(lǐng)域取得新的效果。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的X光射線衍射圖譜，其中橫坐標(biāo)為衍射角(2θ/°)，縱坐標(biāo)為強(qiáng)度(任意單位)。圖中阿拉伯?dāng)?shù)字為衍射峰。
圖2是本實(shí)施例2的X光射線衍射圖譜，其中橫坐標(biāo)為衍射角(2θ/°)，縱坐標(biāo)為強(qiáng)度(任意單位)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)原料碳化硼和氮化鋰。其中碳化硼是牡丹江磨料二廠生產(chǎn)產(chǎn)品，氮化鋰是通過(guò)把金屬鋰和氮?dú)庠?00C溫度下反應(yīng)兩小時(shí)制得(XRD分析證明產(chǎn)物是基本沒有雜相的氮化鋰)。具體操作步驟如下在有抽風(fēng)設(shè)備的手套箱內(nèi)，把粒度為4微米的氮化硼和粉末狀氮化鋰按Li3N/B4C＝4/1mol比均勻混合。把混合好的原料裝入反應(yīng)坩堝內(nèi)，把反應(yīng)坩堝放入管式爐內(nèi)。向管式爐內(nèi)通高純氮?dú)?0-20分鐘以排除管內(nèi)空氣，然后按每分鐘5C的升溫制度給管式爐升溫至950C，并在950C保溫2小時(shí)，之后停止升溫，讓原料隨爐冷卻。得到產(chǎn)物為黃色結(jié)塊粉末。圖1是產(chǎn)物的XRD圖譜，圖中所有主要衍射峰(包括由12、21、24、31、36標(biāo)志的衍射峰)都與Hisanori等人在J.solid statechemistry71(1987)1文章中給出的Li3BN2的XRD數(shù)據(jù)(d值)很好相符，該文中給出的其它Li3BN2衍射峰的d值也都能在圖1中找到對(duì)應(yīng)值(見表1)，說(shuō)明本實(shí)施例確實(shí)合成出Li3BN2，并且Li3BN2是最主要物相。
表1由實(shí)施例1得到的Li3BN2的d值與Hisanori等人給出的d值對(duì)比
續(xù)表1
其中“標(biāo)號(hào)”為圖1所示衍射峰標(biāo)號(hào)，“d值”為實(shí)施例1樣品由XRD測(cè)試給出d值，“d*值”為Hisanori等人給出的Li3BN2的d值。
實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)原料同實(shí)施例1。具體操作步驟如下在有抽風(fēng)設(shè)備的手套箱內(nèi)，把粒度為80#(粒度為160～200um)的氮化硼和粉末狀氮化鋰按Li3N/B4C＝5/1mol比均勻混合。把混合好的原料裝入反應(yīng)坩堝內(nèi)，把反應(yīng)坩堝放入管式爐內(nèi)。向管式爐內(nèi)通高純氮?dú)?0-20分鐘以排除管內(nèi)空氣，然后按每分鐘5C的升溫制度給管式爐升溫至880C，并在880C保溫2小時(shí)，之后停止升溫，讓原料隨爐冷卻。得到產(chǎn)物為黃色結(jié)塊粉末。圖2是產(chǎn)物的XRD圖譜，其中由8、10、14、15、18、23標(biāo)志的主峰都與Hisanori等人在J.solid statechemistry71(1987)1文章中給出的Li3BN2的XRD數(shù)據(jù)(d值)很好相符，該文給出的其它Li3BN2衍射峰的d值也都能在圖1中找到對(duì)應(yīng)d值(見表2)，說(shuō)明本實(shí)施例確實(shí)合成出Li3BN2，并且Li3BN2是最主要物相。
表2由實(shí)施例2得到的Li3BN2的d值與Hisanori等人給出的d值對(duì)比
續(xù)表2
其中“標(biāo)號(hào)”為圖2所示衍射峰標(biāo)號(hào)，“d值”為實(shí)施例2樣品由XRD測(cè)試給出d值，“d*值”為Hisanori等人給出的Li3BN2的d值。
權(quán)利要求
1.一種用B4C和Li3N為原料制備Li3BN2化合物的方法，其特征在于以碳化硼和氮化鋰為原料，在通氮?dú)獾姆磻?yīng)爐中，800～1000C保溫1.5～2.5小時(shí)制備Li3BN2；具體工藝如下a、把氮化鋰粉末和碳化硼粉末按每摩爾碳化硼對(duì)應(yīng)3.5～5.0摩爾氮化鋰的比例配料并混合均勻，其中碳化硼和氮化鋰粉末的粒度可在4um-200um范圍內(nèi)；b、把混合好的原料放入反應(yīng)坩堝內(nèi)，并置于密閉反應(yīng)爐中，先向反應(yīng)爐中通氮?dú)庖耘懦磻?yīng)爐腔體中的空氣，接著按每分鐘5℃升溫速度升溫至800～1000℃，在該溫度下保溫1.5～2.5小時(shí)，然后隨爐冷卻；在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中始終對(duì)反應(yīng)爐通小氣流氮?dú)?，冷卻到室溫后，取出反應(yīng)坩堝，得到的塊狀產(chǎn)物即為L(zhǎng)i3BN2，粉碎后得到Li3BN2粉末。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用B
文檔編號(hào)C01B35/14GK1546374SQ20031011726
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者徐曉偉, 李玉萍, 范慧俐, 牟其勇, 王少波, 趙紅梅 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)