專利名稱：：圓片狀六方氮化硼多晶微粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及陶瓷材料領(lǐng)域，具體的是涉及一種圓片狀六方氮化硼多晶微粉的制備方法。
背景技術(shù)：
：六方氮化硼(h-BN)的結(jié)構(gòu)與石墨類似，具有六方層狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)地柔軟，可加工性強，顏色為白色，俗稱"^石墨"[1]。h-BN氮化硼具有耐高溫、耐腐蝕、導熱性好、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震、化學性質(zhì)穩(wěn)定、潤滑性良好等特點，并具有優(yōu)良的電學性能，在電子、冶金、化工、宇航等尖端科技中應(yīng)用廣泛[2]。之前，有報道使用硼砂-尿素(氯化銨)法將無水硼砂和尿素混合后在氨氣流中于IIO(TC下反應(yīng)而制得h-BN^;采用H3B03、白磷和NaN3為原料用水熱法在30(TC條件下合成了h-BN[8];以三羥基硼酸酯和氨氣為原料，采用CVD法在1350。C沉積條件下得到了h-BN[9];使用三氧化二硼和碳粉混合后在流動的氮氣中與1500'C保溫120分鐘制得h-BN粉[1()];以硼砂、尿素為原料，采用直流非轉(zhuǎn)移弧氮等離子體工藝制備h-BN[11]。但是上述現(xiàn)有技術(shù)存在著反應(yīng)溫度較高，工藝復雜，資源消耗較高的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一種圓片狀六方氮化硼多晶微粉的制備方法，其制備條件溫和、工藝過程簡單、成本低廉，適合工業(yè)化牛產(chǎn)。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為一種圓片狀六方氮化硼多晶微粉的制備方法，其特征在于通過B-N源反應(yīng)前驅(qū)體在過渡金屬化合物催化劑作用下反應(yīng)，所述的B-N源反應(yīng)前驅(qū)體是由硼酐或硼酸、銨鹽和金屬鎂粉的混合物組成，反應(yīng)元素摩爾比B:N:Mg:M為l:1.5~5.0:1.02.2:0.1~1.0，M表示為過渡金屬化合物中的過渡金屬元素，反應(yīng)溫度為700S50。C，反應(yīng)時間為530分鐘，所得粗產(chǎn)物經(jīng)過分離提純，即可得到圓片狀六方氮化硼多晶微粉。舉例化學方程式表示為B203+2NH4Cl+Mg=2BN+MgCl2+3H20+H2按h述方案，所述的過渡金屬化合物催化劑是過渡金屬的氧化物、氫氧化物、無水或含結(jié)品水的鹽酸鹽中的任意種或它們的混合物，過渡金屬為Fe、Co和Ni。按上述方案，所述的分離提純方法是先用0.57M鹽酸或硝酸浸泡，并攪拌30分鐘，溶解雜質(zhì)，然后抽濾、水洗，濾餅經(jīng)S(TC干燥524小時。按上述方案，所述的銨鹽為NH4C1或NH4N03。按上述方案，所述的圓片狀六方氮化硼多晶微粉的粒子直徑為0.51.4nm,厚度為60150nm。本發(fā)明所用的試劑除]3203是工業(yè)原料外，NH4C1、Mg粉、催化劑以及其它試劑都是分析純試劑。具體制備時，按照預先設(shè)計好的反應(yīng)配比稱量相應(yīng)的反應(yīng)物，充分混合后加入不銹鋼反應(yīng)罐，不需要密封。將反應(yīng)罐放入氮氣保護的加熱爐中，在70085(TC下保溫加熱反應(yīng)15分鐘，自然冷卻，開罐并處理收集產(chǎn)物。本發(fā)明的合成過程中催化劑和氯化鎂對圓片狀h-BN結(jié)晶形成的作用擬按以下機理。例如，其中催化劑與鎂粉的反應(yīng)方程式如下Fe203+Mg=[Mg-Fe]=Fe十MgO高溫下，鎂粉和氧化鐵反應(yīng)，鎂原子置換出氧化鐵中的鐵原子，形成Mg-Fe合金中間體，一部分的中間體又轉(zhuǎn)化為原子級的Fe，二者共同作用反應(yīng)體系，降低了反應(yīng)溫度，促進了BN晶體的生成。當反應(yīng)體系溫度達到氯化鎂熔點的時候，生成的氯化鎂熔融變?yōu)橐合?，熔融的氯化鎂包裹反應(yīng)顆粒，作為晶體的生長介質(zhì)，促進B原子和N原子結(jié)合生成圓片狀BN晶粒。本發(fā)明以B-N源反應(yīng)前驅(qū)體與一定比例的金屬化合物催化劑作用下反應(yīng)制備圓片狀h-BN。其中以鐵、鈷、鎳的化合物作催化劑容易制備圓片狀h-BN。不同的催化劑催化效果也有差異，其中氧化鐵效果最佳。在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，制備氮化硼粉末的時間越短，晶粒形貌發(fā)育越好，粒度越均勻。本發(fā)明的有益效果在于采用鎂粉作為還原劑，副產(chǎn)物無水氯化鎂熔點為7M'C，熔化后成為h-BN多晶體的生長介質(zhì)，水蒸氣和氯化銨分解生成的氣體使反應(yīng)物顆粒充分接觸反應(yīng)完全，加入的催化劑降低了反應(yīng)溫度，三者都從不同角度促進了h-BN顆粒的結(jié)晶生成。產(chǎn)物h-BN微粉形貌規(guī)則、粒度達到微米級別、分布均勻。制備條件溫和、工藝過程簡單、成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。圖1為圓片狀六方氮化硼多晶微粉的XRD譜圖。圖2為圓片狀六方氮化硼多晶微粉的SEM照片。圖3為圓片狀六方氮化硼多晶微粉的FTIR譜圖。具體實施例方式下面通過實施例進一步介紹本發(fā)明，但是實施例不會構(gòu)成對本發(fā)明的限制。實施例1取5.64克B203、19.24克NH4C1、3.92克鎂粉和1.61克Fe203(元素摩爾比B:N:Mg:M=1:2.24:1.02:0.13，M=Fe)充分混合后加入不銹鋼反應(yīng)罐，將反應(yīng)罐放入氮氣保護的加熱爐中，在75(TC下保溫15分鐘，自然冷卻。開罐并處理收集產(chǎn)物，先用0.5M稀鹽酸浸泡，并攪拌30分鐘，溶解催化劑等雜質(zhì)，然后抽濾、水洗，除去氯化鎂等水溶性雜質(zhì)，濾餅經(jīng)8(TC干燥8小時，最后得到3.89克灰白色粉末，產(chǎn)率為97.25%。經(jīng)過XRD、SEM和FTIR分析，證明產(chǎn)物是圓片狀h-BN，晶粒的尺寸和形貌均勻，粒子直徑為0.51.4pm，平均直徑約為0.9pm，厚度為80150nm，平均厚度約為100nm。所得產(chǎn)物的樣品X-射線衍射分析用XD-5A型X射線粉末衍射儀(30kv，20mA，入=1.5406A)，2e在1080。范圍。用JSM-5510LV型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察形貌，制樣方法是直接采用產(chǎn)物粉末分布在雙面膠上并粘在樣品銅臺上噴金后觀察。FTIR分析采用Impact420型紅外光譜儀，樣品用KBr混合壓片。附圖1給出了B203/NH4C1/Mg(催化劑Fe203)，750'C，15分鐘條件下制備的圓片狀BN樣品的XRD譜圖，與JCPDF卡片弁45-1171相符合；附表1比較了產(chǎn)物氮化硼XRD數(shù)據(jù)與JCPDF卡片#45-1171標準卡片數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，所獲得的最終產(chǎn)物為h-BN。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1.產(chǎn)物氮化硼XRD數(shù)據(jù)與JCPDF卡片#45-1171標準卡片數(shù)據(jù)比較。附圖2是產(chǎn)物的SEM譜圖，展示出了產(chǎn)物形貌和尺寸，結(jié)果表明，所獲得的h-BN多晶粉末形貌規(guī)則，粒子直徑范圍為0.51.4)lun，平均直徑約為0.9pm，厚度范圍為80150nm,平均厚度約為100nm。附圖3是產(chǎn)物FTIR譜圖。在1380cm'1左右的吸收帶是N—N鍵的伸縮振動，在780cm—1左右的吸收帶是N—B鍵的伸縮振動，在3410cm"左右位置的峰是水分子的吸收峰。水分子的存在是因為干燥不完全或空氣中水蒸氣吸附在樣品表面所致。結(jié)果表明，所獲得的產(chǎn)物為h-BN。實施例2取2.81克B203、18.62克NH4C1、2.94克鎂粉和1.71克Co203(元素摩爾比B:N:Mg:M=1:4.29丄51:0.26，M=Co)充分混合后加入不銹鋼反應(yīng)罐，將反應(yīng)罐放入氮氣保護的加熱爐中，在80(TC下保溫18分鐘，自然冷卻。開罐并處理收集產(chǎn)物，先用2M稀鹽酸浸泡，并攪拌30分鐘，溶解催化劑等雜質(zhì)，然后抽濾、水洗，除去氯化鎂等水溶性雜質(zhì)，濾餅經(jīng)80'CT燥12小時，最后得到1.93克灰白色粉末，產(chǎn)率為96.5%。經(jīng)過XRD、SEM和FTIR分析，證明產(chǎn)物是圓片狀h-BN，晶粒的尺寸和形貌均勻，粒子直徑為0.61.3pm，平均直徑約為0.9^m，厚度為70130nm，平均厚度約為95nm。實施例3取4.94克H3B03、12.93克NH4N03、3.04克鎂粉和3.82克NiCl2(元素摩爾比B:N:Mg:M=l:3.94:1.54:0.36，M=Ni)充分混合后加入不銹鋼反應(yīng)罐，將反應(yīng)罐放入氮氣保護的加熱爐中，在800'C下保溫16分鐘，自然冷卻。開罐并處理收集產(chǎn)物，先用5M稀硝酸浸泡，并攪拌30分鐘，溶解催化劑等雜質(zhì)，然后抽濾、水洗，除去氯化鎂等水溶性雜質(zhì)，濾餅經(jīng)8(TC干燥8小時，最后得到1.87克灰白色粉末，產(chǎn)率為93.51%。經(jīng)過XRD、SEM和FTIR分析，證明產(chǎn)物是圓片狀h-BN，晶粒的尺寸和形貌均勻，粒子直徑為0.51.3pm，平均直徑約為0.85nm，厚度為60120nm，平均厚度約為90nm。實施例4取6.04克B203、21.15克NH4C1、4.21克鎂粉、1.64克Fe2O^U1.73克Co203(元素摩爾比B:N:Mg:M4:2.27:1.01:0.24，M=Co)充分混合后加入不銹鋼反應(yīng)罐，將反應(yīng)罐放入氮氣保護的加熱爐中，在80(TC下保溫14分鐘，自然冷卻。開罐并處理收集產(chǎn)物，先用5M稀鹽酸浸泡，并攪拌30分鐘，溶解催化劑等雜質(zhì)，然后抽濾、水洗，除去氯化鎂等水溶性雜質(zhì)，濾餅經(jīng)8(TC干燥16小時，最后得到4.11克灰白色粉末，產(chǎn)率為95.24%。經(jīng)過XRD、SEM和FTIR分析，證明產(chǎn)物是圓片狀h-BN，晶粒的尺寸和形貌均勻，粒子直徑為0.51.4|am，平均直徑約為0.8^m，厚度為80150nm，平均厚度約為100nm。實施例5取5.01克H3B03、20.12克NH4C1、4.01克鎂粉、2.14克Fe(OH)3和1.93克NiCl2(元素摩爾比B:N:Mg:M=l:4.47:1.96:0.47，M=Fe+Ni(摩爾比Fe:Ni=l:l))充分混合后加入不銹鋼反應(yīng)罐，將反應(yīng)罐放入氮氣保護的加熱爐中，在850'C下保溫10分鐘，自然冷卻。開罐并處理收集產(chǎn)物，先用3M稀鹽酸浸泡，并攪拌30分鐘，溶解催化劑等雜質(zhì)，然后抽濾、水洗，除去氯化鎂等水溶性雜質(zhì)，濾餅經(jīng)8(TC干燥8小時，最后得到1.97克灰白色粉末，產(chǎn)率為94.71%。經(jīng)過XRD、SEM和FTIR分析，證明產(chǎn)物是圓片狀h-BN，晶粒的尺寸和形貌均勻，粒子直徑為0.61.4pm，平均直徑約為0.85|Lim，厚度為80140nm，平均厚度約為95謹。本發(fā)明所列舉的各原料都能實現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能實現(xiàn)本發(fā)明；在此不一一列舉實施例。本發(fā)明的工藝參數(shù)(如溫度、時間等)的上下限取值、區(qū)間值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。參考文獻胡婉瑩.連續(xù)合成六方氮化硼的新工藝[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2002,2:35-36.王光祖，張相法,王瑋.立方氮化硼的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].地質(zhì)與勘探,1994,30(6):68-70.WANGGuang-zu，ZHANGXiang-fa,WANGWei.Developmentstatusquoandprospectoftheapplicationofcubicboronnitride[J].GeologyandProspecting,1994,30(6):68-70.[3]葛雷,楊建,丘泰.六方氮化硼的制備方法研究進展[J].電子元件與材料，2008,27(6):22-25.[4]魯燕萍.氣相沉積h-BN陶瓷的應(yīng)用[J].真空電子技術(shù)，2005，5:4-7.LorretteC,WeisbeckerP,JacquesS，etal.Depositionandcharacterizationofhex-BNcoatingoncarbonfibrestris(dimethylamino)boronprecursor[J].JEurCeramSoc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