金剛石-納米線復(fù)合體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金剛石-納米線復(fù)合體及其制備方法。具體地，本發(fā)明提供了一種金剛石-納米線復(fù)合體以及制備方法，其包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的納米線，其中所述的納米線包括硼納米線、硼化物納米線、或其組合。該復(fù)合體材料具有優(yōu)異的性能，廣泛的應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】金剛石-納米線復(fù)合體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金剛石復(fù)合材料領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及金剛石一納米線復(fù)合體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目如，金剛石是自然界中熱導(dǎo)率最聞的物質(zhì)，聞品質(zhì)單晶金剛石的熱導(dǎo)率可達(dá)到2000ff/(m.K)，其還具有介電常數(shù)低、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，使得金剛石復(fù)合材料成為新一代封裝材料的首選。但是單一的金剛石不易制成封裝材料，且生產(chǎn)成本相當(dāng)高，嚴(yán)重妨礙了金剛石的應(yīng)用。然而，如何既保留金剛石的優(yōu)良性能，同時(shí)擴(kuò)展金剛石的應(yīng)用范圍和降低金剛石材料的生產(chǎn)成本，仍然是本領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。
[0003]因此，本領(lǐng)域迫切需要開(kāi)發(fā)一種制法簡(jiǎn)便、性能優(yōu)異的金剛石復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制法簡(jiǎn)便、性能優(yōu)異的金剛石復(fù)合材料及其制法。
[0005]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種金剛石-納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的納米線，其中，所述的納米線包括:硼納米線、硼化物納米線、或其組合。
[0006]在另一優(yōu)選例中 ，所述的結(jié)合為化學(xué)鍵結(jié)合。
[0007]在一選例中，所述的納米線是通過(guò)在金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)而形成的。
[0008]在另一優(yōu)選例中，所述的納米線是將在金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)而形成的硼納米線在活性氣氛(如氧氣、氮?dú)?、氨氣等活性氣?中進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而獲得結(jié)合于金剛石顆粒表面的硼化物納米線。
[0009]在另一優(yōu)選例中，所述的納米線是將在金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)而形成的硼納米線與金屬粉體(如鎂粉、碳粉、鋁粉、鈦粉、鋯粉、釤粉、硫粉等金屬粉末)混合并進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而獲得的結(jié)合于金剛石顆粒表面的硼化物納米線。
[0010]在另一優(yōu)選例中，所述的金剛石顆粒粒徑為0.1~10000 μ m。
[0011]在另一優(yōu)選例中，所述的金剛石顆粒的粒徑為10~1000 μ m;更佳地為50~1000 μ mD
[0012]在另一優(yōu)選例中，所述的納米線具有以下特征:
[0013](i)長(zhǎng)度為 0.1 ~300 μ m;和 / 或
[0014](ii)直徑為 I ~5000nm;和 / 或
[0015](iii)在金剛石表面的密度為I~10000個(gè)/μ m2。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述的納米線長(zhǎng)度為I~300 μ m。
[0017]在另一優(yōu)選例中，所述的納米線直徑為I~500nm。
[0018]在另一優(yōu)選例中，所述的硼化物包括:氧化硼、碳化硼、氮化硼、硼化鎂、硼化鋁、硼化鈦、硼化鋯、硼化釤、硫化硼。[0019]在本發(fā)明第二方面中，提供了一種金剛石-硼納米線復(fù)合體的制備方法，其包括步驟:
[0020](I)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物；
[0021](2)在真空下或在選自氫氣、氬氣、其組合氣體的惰性氣氛或還原性氣氛中，將步驟(I)的混合物進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼納米線。
[0022]在另一優(yōu)選例中，所述的硼納米線具有以下特征:
[0023](i)長(zhǎng)度為 0.1 ~300 μ m;和 / 或
[0024](ii)直徑為 I ~5000nm ;和 / 或
[0025](iii)在金剛石表面的密度為I~10000個(gè)/μ m2。
[0026]在另一優(yōu)選例中，所述的金剛石顆粒粒徑為0.1~10000 μ m ;較佳地為10~1000 μ m ;更佳地為 50 ~1000 μ m。
[0027]在另一優(yōu)選例中，所述的金屬催化劑包括:銅、金、鎳、鉬、或它們的合金。
[0028]在另一優(yōu)選例中，按步驟⑴的混合物總重量計(jì)算，金屬催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 - 90wt% ;較佳地為 20 - 85wt% ;更佳地為 30 — 75wt%。
[0029]在另一優(yōu)選例中，所述的步驟⑴中，硼原料為粉末狀或液態(tài)；和/或
[0030]所述的步驟(1)中，硼原料包括單質(zhì)硼和硼化合物(較佳地，所述的硼化合物包括硼酸)；和/或
[0031]按步驟(1)的混合物總重量計(jì)算，硼原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I 一 15wt% (較佳地為5 —IOwt % ) ο
[0032]在本發(fā)明第三方面中，提供了一種金剛石-硼化物納米線復(fù)合體的制備方法，
[0033](I)所述方法包括步驟:
[0034](a)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物；和
[0035](b)在氧氣、氨氣或氮?dú)獾幕钚詺夥罩校瑢⒉襟E(1)的混合物進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼化物納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼化物納米線；
[0036]或者
[0037](II)所述方法包括步驟:
[0038]在氧氣、氨氣或氮?dú)獾幕钚詺夥罩?，將本發(fā)明第二方面所述的制備方法制得的金剛石-硼納米線復(fù)合體進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼化物納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼化物納米線；
[0039]或者
[0040](III)所述方法包括步驟:
[0041]在真空中，將本發(fā)明第二方面所述的制備方法制得的金剛石-硼納米線復(fù)合體與金屬粉末混合后進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼化物納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼化物納米線。
[0042]在另一優(yōu)選例中，所述的硼化物納米線具有以下特征:
[0043](i)長(zhǎng)度為 0.1 ~300 μ m;和 / 或
[0044](ii)直徑為 I ~5000nm ;和 / 或[0045](iii)在金剛石表面的密度為I~10000個(gè)/μ m2。
[0046]在另一優(yōu)選例中，所述的方法(a)中，所述的金屬催化劑包括:銅、金、鎳、鉬、或它們的合金。
[0047]在另一優(yōu)選例中，按步驟(a)的混合物總重量計(jì)算，金屬催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 - 90wt% ;較佳地為 20 - 85wt% ;更佳地為 30 — 75wt%。
[0048]在另一優(yōu)選例中，所述的步驟(a)中，硼原料為粉末狀或液態(tài)。
[0049]在另一優(yōu)選例中，所述的步驟(a)中，硼原料包括單質(zhì)硼和硼化合物(較佳地，所述的硼化合物包括硼酸)。
[0050]在另一優(yōu)選例中，按步驟(a)的混合物總重量計(jì)算，硼原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I 一15wt% (較佳地為 5 -1Owt % )。
[0051]在另一優(yōu)選例中，所述的方法(I)或方法(II)制得的硼化物納米線包括:氧化硼納米線或氮化硼納米線。
[0052]在另一優(yōu)選例中，所述的方法(III)中，所述的金屬粉末包括:鎂粉、碳粉、鋁粉、鈦粉、鋯粉、釤粉、硫粉。
[0053]在另一優(yōu)選例中，所述的方法(III)制得的硼化物納米線包括:碳化硼納米線、硼化鎂納米線、硼化鋁納米線、硼化鈦納米線、硼化鋯納米線、硼化釤納米線、硫化硼納米線。
[0054]在另一優(yōu)選例 中，上述各個(gè)步驟中，所述的加熱反應(yīng)為在800_1250°C下進(jìn)行的反應(yīng)；和/或所述的加熱反應(yīng)為在真空中或在壓力為IPa- 120kPa之間的氣氛中進(jìn)行的反應(yīng)。
[0055]在本發(fā)明第四方面中，提供了一種如本發(fā)明第一方面所述的金剛石-納米線復(fù)合體的用途，用于機(jī)械制品、復(fù)合材料或電子元器件。
[0056]在本發(fā)明第五方面中，提供了一種制品或復(fù)合材料，其包含本發(fā)明第一方面所述的金剛石-納米線復(fù)合體。
[0057]應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0058]圖1為金剛石顆粒表面硼納米線原位生長(zhǎng)示意圖。首先在高溫下，硼原子擴(kuò)散入金剛石顆粒表面晶格內(nèi)，銅粉融化并在金剛石表面形成了納米尺度的小液滴，然后硼原子在銅液滴與金剛石接觸處不斷地析出結(jié)晶，從而在金剛石顆粒表面沿一維方向生長(zhǎng)出硼納米線。
[0059]圖2為金剛石-硼納米線復(fù)合體的掃描電子顯微圖片。其中，A圖為金剛石顆粒表面硼納米線10000倍顯微圖片；B圖為金剛石顆粒表面硼納米線80000倍顯微圖片。
[0060]圖3為金剛石-氮化硼納米線復(fù)合體的掃描電子顯微圖片。
[0061]圖4為氮化硼納米線的透射電子顯微圖片。頂部深色顆粒為殘留的銅納米顆?；蜚~合金納米顆粒。
【具體實(shí)施方式】
[0062]本發(fā)明人經(jīng)過(guò)廣泛而深入的研究，意外地發(fā)現(xiàn)以金剛石為載體，在特定催化劑(如銅等)的催化下，硼原子會(huì)在金剛石表面原位生長(zhǎng)出硼納米線或硼化物納米線，從而形成金剛石一納米線復(fù)合體，該復(fù)合體界面結(jié)合能力很強(qiáng)，在機(jī)械、電子等多方面具有很好的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人完成了本發(fā)明。
[0063]納米線
[0064]如本文所用，本發(fā)明的納米線包括:硼納米線、硼化物納米線、或其組合。
[0065]如本文所用，所述的硼納米線為單質(zhì)硼的納米線；
[0066]如本文所用，所述的硼化物納米線為含有硼元素的化合物的納米線，所述的含有硼元素的化合物優(yōu)選包括:氧化硼、碳化硼、氮化硼、硼化鎂、硼化鋁、硼化鈦、硼化鋯、硼化釤、硫化硼等。
[0067]優(yōu)選地，本發(fā)明的納米線(包括硼納米線或硼化物納米線)具有以下特征:(i)長(zhǎng)度為0.1~300 μ m(較佳地為I~300 μ m;更佳地為10~100 μ m);和/或(ii)直徑為1~5000nm(較佳地為I~500nm ;更佳地為5~1OOnm);和/或(iii)在金剛石表面的密度為 1 ~10000 個(gè) / μ m2 (較佳地為 10 — 5000 個(gè) / μ m2 或 10-2000 個(gè) / μ m2)。
[0068]現(xiàn)以硼納米線為例說(shuō)明本發(fā)明納米線的形成過(guò)程，金屬催化劑以銅為例，如圖1所示，銅粉通過(guò)加熱形成銅納米液滴，與金剛石表面接觸，并成為硼納米線生長(zhǎng)的催化劑。在一定溫度(如1000°c左右)下，非晶硼粉的硼原子擴(kuò)散入金剛石晶格中，在銅納米液滴的催化作用下，催化硼晶體的形核、生長(zhǎng)；部分硼原子在銅納米液滴與金剛石接觸的部位處，從金剛石晶格析出， 并在金剛石表面形成硼晶體，并造成該處金剛石晶格內(nèi)硼原子濃度下降，與周邊區(qū)域形成硼原子濃度梯度，從而致使周邊硼原子不斷向該處擴(kuò)散。正是通過(guò)這種連續(xù)的擴(kuò)散-析出-結(jié)晶過(guò)程，在銅納米液滴與金剛石表面接觸處生長(zhǎng)出了硼納米線。這是本發(fā)明的一個(gè)重要的機(jī)理特征，是一個(gè)從無(wú)文獻(xiàn)提及的全新的納米線生長(zhǎng)機(jī)制。
[0069]金剛石顆粒
[0070]本發(fā)明所用的金剛石顆粒是供本發(fā)明納米線生長(zhǎng)的基底，同時(shí)也是擴(kuò)散硼原子的載體。并且在本發(fā)明中，金剛石是硼原子擴(kuò)散必不可少的載體材料，沒(méi)有它無(wú)法形成硼納米線或硼化物納米線。例如利用硅，石墨等材料代替金剛石，由于其晶格參數(shù)的差異，均起不到硼原子擴(kuò)散載體的作用，無(wú)法形成硼納米線或硼化物納米線。
[0071]本發(fā)明的金剛石顆粒可以是任意尺寸的顆粒，優(yōu)選采用粒徑為0.1~ΙΟΟΟΟμπι的金剛石顆粒；較佳地采用粒徑為IOym~1000 μ m的金剛石顆粒；更佳地采用粒徑為50 μ m~1000 μ m的金剛石顆粒。
[0072]金剛石-納米線復(fù)合體
[0073]本發(fā)明提供的金剛石-納米線復(fù)合體，其中，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及化學(xué)鍵結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的本發(fā)明的納米線，其中，所述的納米線包括:硼納米線、硼化物納米線、或其組合。
[0074]優(yōu)選地，所述的納米線是通過(guò)在金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)而形成的。
[0075]在另一優(yōu)選例中，所述的納米線是將在金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)而形成的硼納米線在活性氣氛(如氧氣、氮?dú)?、氨氣等活性氣?中進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而獲得結(jié)合于金剛石顆粒表面的硼化物納米線。
[0076]在另一優(yōu)選例中，所述的納米線是將在金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)而形成的硼納米線與金屬粉體(如鎂粉、碳粉、鋁粉、鈦粉、鋯粉、釤粉、硫粉等金屬粉末)混合并進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而獲得的結(jié)合于金剛石顆粒表面的硼化物納米線。
[0077]硼原料
[0078]如本文所用，本發(fā)明所用的硼原料可以為粉末狀或液態(tài)。當(dāng)然所述的硼原料可以是單質(zhì)硼或含硼化合物(優(yōu)選地，所述含硼化合物包括硼酸)。
[0079]金屬催化劑
[0080]如本文所用，所述的金屬催化劑優(yōu)選包括銅、金、鎳、鉬、銀、或它們的合金；更佳地為純銅(如純度或質(zhì)量含量> 99.99%的銅)或銅合金(例如銅鐵合金、銅鉻合金、銅鎳合金等)。所述的金屬催化劑可以是粉體或塊體的金屬(合金)。
[0081]在加熱反應(yīng)中，所述的金屬催化劑會(huì)形成納米液滴，并成為硼納米線或硼化物納米線生長(zhǎng)的催化劑。
[0082]制備方法
[0083]本發(fā)明所述的制備方法中，所述的加熱反應(yīng)通常是在800_1250 °C (優(yōu)選900-1200°C )下進(jìn)行，反應(yīng)的時(shí)間通常為1-60分鐘(優(yōu)選為10-40分鐘)。
[0084]一、本發(fā)明提供了一種金剛石-硼納米線復(fù)合體的制備方法，優(yōu)選包括如下步驟:
[0085](I)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物； [0086]優(yōu)選地，按步驟⑴的混合物總重量計(jì)算，硼原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I — 15wt% ;較佳地為 5 -1Owt%。
[0087]優(yōu)選地，按步驟(1)的混合物總重量計(jì)算，金屬催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 - 90wt% ；較佳地為20 - 85wt% ;更佳地為30 - 75wt%。
[0088](2)在真空下或在氫氣、氬氣、或其組合氣體的惰性氣氛或還原型氣氛中(如壓力為IPa-120kPa的氣氛)中，將步驟⑴的混合物進(jìn)行加熱反應(yīng)(如在800-1250°C或900-1200°C下反應(yīng))，從而得到金剛石-硼納米線復(fù)合體。
[0089]該方法制得的金剛石-硼納米線復(fù)合體包括金剛石顆粒以及原位生長(zhǎng)于所述金剛石顆粒表面的單質(zhì)硼納米線。
[0090]二、本發(fā)明提供了金剛石-硼化物納米線復(fù)合體的制備方法。
[0091](I)所述方法包括步驟:
[0092](a)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物；
[0093]在另一優(yōu)選例中，按步驟(a)的混合物總重量計(jì)算，硼原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I 一15wt% ;較佳地為 5 -1Owt%。
[0094]在另一優(yōu)選例中，按步驟(a)的混合物總重量計(jì)算，金屬催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 - 90wt% ;較佳地為 20 - 85wt% ;更佳地為 30 — 75wt%。
[0095](b)在氧氣、氨氣、氮?dú)獾然钚詺夥?如壓力為IPa - 120kPa的活性氣氛)中，將步驟(1)的混合物進(jìn)行加熱反應(yīng)(如在800-1250°C或900-1200°C下反應(yīng))，從而得到金剛石-硼化物納米線復(fù)合體。
[0096]該方法制得的金剛石-硼化物納米線復(fù)合體包括金剛石顆粒以及原位生長(zhǎng)于所述金剛石顆粒表面的本發(fā)明的硼化物納米線，其中，所述的硼化物優(yōu)選包括:氧化硼、氮化硼。
[0097](II)本發(fā)明的硼納米線在高溫下接觸特定的氣體分子也可以被轉(zhuǎn)化為特定的硼化物納米線，例如在氨氣或氮?dú)庵屑訜峥梢陨傻鸺{米線，在氧氣中加熱可以生成氧化硼納米線等等。
[0098]故本發(fā)明的金剛石-硼化物納米線復(fù)合體還可采用包括如下步驟的制備方法:在氧氣、氮?dú)饣虬睔獾然钚詺夥?如壓力為IPa- 120kPa的氣氛)中,將本發(fā)明的金剛石-硼納米線復(fù)合體進(jìn)行加熱反應(yīng)(如在800-125(TC下反應(yīng))，從而得到相應(yīng)的金剛石-硼化物納米線復(fù)合體。
[0099]該方法制得的金剛石-硼化物納米線復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的本發(fā)明的硼化物納米線，其中，所述的硼化物優(yōu)選包括:氧化硼、氮化硼等。
[0100](III)本發(fā)明的硼納米線在高溫下接觸特定的金屬粉末也可以被轉(zhuǎn)化為特定的硼化物納米線，例如與鎂粉混合后，加熱可以生成硼化鎂納米線。
[0101]故本發(fā)明的金剛石-硼化物納米線復(fù)合體還可以采用包括如下步驟的制備方法:在真空中，將本發(fā)明的金剛石-硼納米線復(fù)合體與某些金屬粉體(如鎂粉、碳粉、鋁粉、鈦粉、鋯粉、釤粉、硫粉)混合在一起，然后進(jìn)行加熱反應(yīng)(如在800-125(TC下反應(yīng))，從而得到相應(yīng)的金剛石-硼化物納米線復(fù)合體。 [0102]該方法制得的金剛石-硼化物納米線復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的本發(fā)明的硼化物納米線，其中，所述的硼化物優(yōu)選包括:碳化硼、硼化鎂、硼化鋁、硼化鈦、硼化鋯、硼化釤、硫化硼等。
[0103]應(yīng)用
[0104]本發(fā)明的金剛石-硼納米線復(fù)合體或金剛石一硼化物納米線復(fù)合體將金剛石與硼納米線或硼化物納米線這兩種性能優(yōu)異的材料結(jié)合在一起，通過(guò)在金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)硼納米線或硼化物納米線途徑提供新型的金剛石復(fù)合體材料。這種新型材料具有界面結(jié)合性強(qiáng)、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械、材料、電子等多方面具有很好的應(yīng)用前景，例如用于制備機(jī)械制品、復(fù)合材料、電子元器件。
[0105]在另一優(yōu)選例中，所述的機(jī)械制品包括:刀具、磨具、銼刀、砂輪、鋸片、鉆頭等。
[0106]在另一優(yōu)選例中，所述的復(fù)合材料包括:散熱基板、散熱片等。
[0107]在另一優(yōu)選例中，所述的電子元器件包括:納米PN結(jié)，超導(dǎo)體等。
[0108]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)包括:
[0109]1.本發(fā)明提供了一種新型的金剛石一納米線二維復(fù)合材料，該材料將金剛石和硼納米材料連接在一起，界面結(jié)合性強(qiáng)，且該材料兼具金剛石和硼納米材料的優(yōu)良性能，在機(jī)械，導(dǎo)熱，及電子元器件開(kāi)發(fā)方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0110]2.本發(fā)明還提供了上述二維復(fù)合材料的制備方法。該方法不同于以往的一維硼納米線的制備工藝，具有處理設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜，制備工藝簡(jiǎn)單、快速的優(yōu)點(diǎn)。
[0111]下面結(jié)合具體實(shí)施，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說(shuō)明，否則百分比和份數(shù)按重量計(jì)算。除非特別說(shuō)明，本發(fā)明所用原料或試劑均市售可得。
[0112]實(shí)施例1金剛石-硼納米線復(fù)合體
[0113]將平均粒徑為200 μ m左右的金剛石顆粒與高純銅粉和少量硼粉混合均勻制成混合粉末，按混合粉末總重量計(jì)算，銅粉占60wt%,硼粉占5wt%,將混合粉末放入真空碳管爐中，抽真空至真空度約為10_2Pa，然后通入氫氣，氣壓力為IPa - 120kPa，升溫速率為150°C /min升溫至1100°C,保溫20min,然后隨爐冷卻至室溫。
[0114]將高溫處理過(guò)的混合粉末取出，分別過(guò)30目、60目、80目、100目、150目篩，去除
過(guò)剩 的銅粉與硼粉，獲得金剛石-硼納米線復(fù)合體，其掃描電子顯微鏡照片如圖2所示，圖中顯示了金剛石顆粒表面原位生長(zhǎng)的硼納米線。
[0115]實(shí)施例2金剛石-氮化硼納米線復(fù)合體
[0116]將平均粒徑為200 μ m左右的金剛石顆粒與高純銅粉和少量硼粉混合均勻，制成混合粉末，按混合粉末總重量計(jì)算，銅粉占60wt%，硼粉占5wt%，將混合粉末放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10_2Pa，然后通入氫氣，氣壓力為IPa - 120kPa，升溫速率為150°C /min升溫至1150°C,保溫20min,然后隨爐冷卻至室溫。
[0117]將高溫處理過(guò)的混合粉末取出，分別過(guò)30目、60目、80目、100目、150目篩，去除過(guò)剩的銅粉與硼粉。然后將過(guò)篩后的粉末放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10_2Pa，然后通入氨氣或氮?dú)猓瑲鈮毫镮Pa- 120kPa，升溫速率為150°C /min升溫至1100°C，保溫20min,然后隨爐冷卻至室溫。
[0118]將高溫處理過(guò)的混合粉末取出，分別過(guò)30目、60目、80目、100目、150目篩，去除過(guò)剩的銅粉與硼粉，獲得金剛石-氮化硼納米線復(fù)合體。
[0119]圖3為掃描電子顯微鏡照片，顯示了金剛石顆粒表面生長(zhǎng)的氮化硼納米線。
[0120]圖4為氮化硼納米線的透射電子顯微圖片，顯示了氮化硼納米線晶型完整。頂部深色顆粒為銅納米顆粒，該銅顆粒在納米線生長(zhǎng)過(guò)程中起到了形核生長(zhǎng)的催化劑作用。
[0121]實(shí)施例3金剛石-氮化硼納米線復(fù)合體
[0122]將平均粒徑為200 μ m左右的金剛石顆粒與高純銅粉和少量硼粉混合均勻，制成混合粉末，按混合粉末總重量計(jì)算，銅粉占60wt%，硼粉占5wt%，將混合粉末放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10_2Pa，然后通入氨氣或氮?dú)?，氣壓力為IPa- 120kPa，升溫速率為1500C /min升溫至1200°C，保溫20min，然后隨爐冷卻至室溫。
[0123]將高溫處理過(guò)的混合粉末取出，分別過(guò)30目、60目、80目、100目、150目篩，去除
里面銅粉與硼粉，獲得金剛石-氮化硼納米線復(fù)合體。
[0124]實(shí)施例4金剛石-氮化硼納米線復(fù)合體
[0125]將平均粒徑為200 μ m左右的金剛石顆粒與高純銅粉和少量硼酸制備成漿料，按漿料總重量計(jì)算，銅粉占60wt%，硼元素占5wt%，將漿料放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10_2Pa，然后通入氨氣或氮?dú)?，氣壓力為IPa- 120kPa，升溫速率為150°C /min升溫至1050°C，保溫20min，然后隨爐冷卻至室溫，將高溫處理過(guò)的混合粉末取出，分別過(guò)30目、60目、80目、100目、150目篩，去除過(guò)剩的銅粉與硼粉，獲得金剛石-氮化硼納米線復(fù)合體。
[0126]實(shí)施例5金剛石-硼納米線復(fù)合體
[0127]在平均粒徑為200 μ m左右的金剛石顆粒表面濺射一層硼膜后，再濺射一層銅膜，然后將濺射二次之后的金剛石顆粒放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為l(T2Pa，升溫速率為150°C /min升溫至1060°C，保溫20min，然后隨爐冷卻至室溫，獲得金剛石-硼納米線復(fù)合體。
[0128]按照常規(guī)方法測(cè)定實(shí)施例1-5制備的硼納米線或硼化物納米線的長(zhǎng)度、直徑、或納米線在金剛石顆粒表面的密度。結(jié)果如表1所示。
[0129]表1[0130]
【權(quán)利要求】
1.一種金剛石-納米線復(fù)合體，其特征在于，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的納米線，其中，所述的納米線包括:硼納米線、硼化物納米線、或其組口 O
2.如權(quán)利要求1所述的金剛石-納米線復(fù)合體，其特征在于，所述的金剛石顆粒粒徑為0.1 ~10000 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的金剛石-納米線復(fù)合體，其特征在于，所述的納米線具有以下特征: ⑴長(zhǎng)度為0.1~300 μ m;和/或 (ii)直徑為I~5000nm;和/或 (iii)在金剛石表面的密度為I~10000個(gè)/μm2。
4.如權(quán)利要求1所述的金剛石-納米線復(fù)合體，其特征在于，所述的硼化物包括:氧化硼、碳化硼、氮化硼、硼化鎂、硼化鋁、硼化鈦、硼化鋯、硼化釤、硫化硼。
5.一種金剛石-硼納米線復(fù)合體的制備方法，其特征在于，包括步驟: (1)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物； (2)在真空下或在選自氫氣、氬氣、其組合氣體的惰性氣氛或還原性氣氛中，將步驟(I)的混合物進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼納米線。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于， 所述的步驟(1)中，硼原料為粉末狀或液態(tài)；和/或 所述的步驟(1)中，硼原料包括單質(zhì)硼和硼化合物；和/或 按步驟(1)的混合物總重量計(jì)算，硼原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I 一 15wt%。
7.一種金剛石-硼化物納米線復(fù)合體的制備方法，其特征在于， (I)所述方法包括步驟: (a)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物；和 (b)在氧氣、氨氣或氮?dú)獾幕钚詺夥罩?，將步驟(1)的混合物進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼化物納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼化物納米線； 或者 (II)所述方法包括步驟: 在氧氣、氨氣或氮?dú)獾幕钚詺夥罩?，將?quán)利要求5所述的制備方法制得的金剛石-硼納米線復(fù)合體進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼化物納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼化物納米線； 或者 (III)所述方法包括步驟: 在真空中，將權(quán)利要求5所述的制備方法制得的金剛石-硼納米線復(fù)合體與金屬粉末混合后進(jìn)行加熱反應(yīng)，從而得到金剛石-硼化物納米線復(fù)合體，所述復(fù)合體包括金剛石顆粒以及結(jié)合于所述金剛石顆粒表面的硼化物納米線。
8.如權(quán)利要求5或7所述的制備方法，其特征在于，上述各個(gè)步驟中， 所述的加熱反應(yīng)為在800-1250°C下進(jìn)行的反應(yīng)；和/或所述的加熱反應(yīng)為在真空中或在壓力為IPa- 120kPa之間的氣氛中進(jìn)行的反應(yīng)。
9.如權(quán)利要求1所述的金剛石-納米線復(fù)合體的用途，其特征在于，用于機(jī)械制品、復(fù)合材料或電子元器件。
10.一種制品 或復(fù)合材料，其特征在于，包含權(quán)利要求1所述的金剛石-納米線復(fù)合體。
【文檔編號(hào)】C01B21/064GK103964430SQ201310042004
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月30日
【發(fā)明者】江南, 張文武, 白華, 戴丹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所