專利名稱：一種b的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硼化物材料具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，其中許多還具有特殊的功能性，如低的電子功函數(shù)、比電阻恒定、在一定溫度范圍內(nèi)熱膨脹值為零、不同類型的磁序以及高的中子吸收系數(shù)等。這些優(yōu)越性能決定其在現(xiàn)代技術(shù)各種器件組元中有廣泛的應(yīng)用前景，許多國家相繼開展了該類材料的研究。由于該類材料還具有其它非凡的性能，如化學(xué)，電學(xué)和熱學(xué)性能等，尤其此類材料所表現(xiàn)出的奇異物理性能更使得硼化物材料成為研究人員感興趣的材料體系。具體例子如ZrB2TiB2表現(xiàn)的優(yōu)良電導(dǎo)和熱導(dǎo)特性，其電導(dǎo)和熱導(dǎo)性能比母體金屬高出一個(gè)量級(jí)之多；熔點(diǎn)比母體金屬高出1000℃；稀土六硼化物所表現(xiàn)出的優(yōu)異的熱離子發(fā)射性質(zhì)；磷硼化物和砷硼化物則可能是一種具有潛在用途的高溫半導(dǎo)體材料；而且AsB6還是一種優(yōu)良的耐化學(xué)沖擊的材料；另外，BN立方結(jié)構(gòu)的硬度甚至好于金剛石，MgB2是近年來發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)材料，其居里點(diǎn)溫度高達(dá)39K。所以，硼化物材料許多新奇的物理性能成為研究人員十分感興趣的材料。
B6O是一類具有很多潛在應(yīng)用的硼化物材料。該材料的硬度可以和金剛石媲美；文獻(xiàn)報(bào)道其維氏硬度可達(dá)45GPa。另外，這種材料可能具有半導(dǎo)體性質(zhì)，所以，可作為光學(xué)或電學(xué)原件原料。B6O塊體材料的制備主要采用高溫高壓下進(jìn)行制備，其膜材料主要采用濺射或化學(xué)氣相沉積法制備。迄今為止，還沒有具備納米線或晶須結(jié)構(gòu)的B6O材料制備的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單(無需高壓)、生產(chǎn)成本低、可操作性強(qiáng)的制備B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)材料及其制備方法。在這種方法中，我們通過配料方案的變化，燒結(jié)制度的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)在較低溫度下合成B6O納米線結(jié)構(gòu)，且直徑可控。
本發(fā)明提出的一種B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)，其特征在于所述材料采用IIA族金屬氧化物、硼粉和過渡族金屬或其金屬氧化物；其中過渡族金屬或其金屬氧化物的質(zhì)量比控制在20％～70％，IIA族金屬氧化物比例控制在10％～50％，硼粉的比例在20～70％。
在上述的B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)中，所述IIA族金屬氧化物為CaO，SrO或BaO，所述過渡族金屬或其金屬氧化物為Fe，Co，Ni或其氧化物如，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e2O3，CoO，NiO。
本發(fā)明提出的B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)的制備方法，采用固相反應(yīng)方法，其特征在于所述方法依次按如下步驟進(jìn)行
(1)起始原料混合，在2～10MPa的壓力下把混合料壓制成片，同時(shí)加入粘合劑；(2)上述壓制成片的料造粒后，過篩；(3)將步驟(2)過篩后的料在Ar氣氛，1300～1500℃下進(jìn)行熱處理，保溫1h～8h。
本發(fā)明提出的B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)的制備方法，采用化學(xué)氣相沉積法制備B6O納米線，其特征在于所述方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)始原料混合，在2～10MPa的壓力下把混合料壓制成片，同時(shí)加入粘合劑；(2)將上述壓制成片的料造粒后，過篩；(3)將步驟(2)過篩后的料在Ar氣氛，1300～1500℃下進(jìn)行熱處理，保溫1h～8h；在熱處理過程中，壓制試片放入Al2O3陶瓷舟中，同時(shí)在Ar氣流下方放入一鍍Fe，Co或Ni的Al2O3或SiO2基片，試驗(yàn)中把瓷舟密封，熱處理后，在基板上和熱處理后混合試片中均可得到B6O納米線或其晶須。
本發(fā)明通過原料配比的調(diào)整，可以制備出直徑在20nm～60Onm的B6O納米線。而且，納米線的直徑可以根據(jù)工藝制度和配料的變化進(jìn)行調(diào)整。用該方法還可以制備出B6O晶須材料，而且其產(chǎn)量和純度都很高。樣品經(jīng)分離后，在掃描電子顯微鏡下對(duì)制備的納米線形貌進(jìn)行觀察，可見制備的B6O納米線產(chǎn)量很高，而且納米線具有很好的一致性。


圖1為本發(fā)明硼化物納米線生成的配料區(qū)域(黑線以內(nèi)的區(qū)域)。
圖2為本發(fā)明制備納米線和晶須的EELS譜。
圖3為本發(fā)明納米線的高分辨和電子衍射譜分析。
圖4為本發(fā)明晶須的高分辨和電子衍射譜分析。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的B6O納米線形貌。
圖6為本發(fā)明制備的B6O晶須形貌。
圖7為本發(fā)明Si基片上生成的B6O納米線形貌。
圖8為本發(fā)明Si基片上生成的CaB6晶須形貌。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明本發(fā)明采用固相反應(yīng)方法和化學(xué)氣相沉積方法，制備中選取IIA族金屬氧化物(CaO，SrO或BaO)、硼粉和過渡族金屬或其金屬氧化物作為起始原料。其中過渡族金屬或其金屬氧化物的質(zhì)量比控制在20％～70％，IIA族金屬氧化物比例控制在10％～50％，為了得到不同尺度的B6O納米線，可以通過調(diào)過渡族金屬或其金屬氧化物或IIA族金屬氧化物的相對(duì)比例來控制。在試驗(yàn)配方中過渡族金屬或其金屬氧化物是一種制備硼化物納米線的關(guān)鍵原料，它主要在燒結(jié)過程中不僅起到降低燒結(jié)溫度和提供液相的作用，而且它還可能為納米線生長(zhǎng)提供催化劑作用。在圖1中，采用CaO，F(xiàn)e3O4和B粉作為起始原料，我們把具有納米線生成的區(qū)域加以劃定。將起始原料混合后(可以采用濕法或干法混合)，在2～10MPa的壓力下把混合料壓制成試片，為使壓制試片有一定強(qiáng)度，可以在壓制前加入少量粘合劑，造粒后，過40目篩。Ar氣氛下，在1350～1500℃下進(jìn)行熱處理，保溫時(shí)間根據(jù)情況設(shè)定，一般在1h～8h。在熱處理過程中，壓制試片放入Al2O3陶瓷舟中，同時(shí)在Ar氣流下方可以放入一鍍Fe的Al2O3或SiO2基片，試驗(yàn)中把瓷舟密封。熱處理后，在基板上和熱處理后混合試片中均可得到B6O納米線或其晶須。
圖3是用能量損失譜對(duì)該方法制備納米線和晶須結(jié)構(gòu)的組成分析結(jié)果，可以看出，制備的納米線其組成元素為B和O元素。通過高分變電子顯微鏡和電子衍射分析發(fā)現(xiàn)，該納米線(圖4)和晶須(圖5)的晶體結(jié)構(gòu)確實(shí)為B6O。
實(shí)施例1選取50％Fe3O4，37％B粉和13％CaO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，造粒(10％丙三醇+90％無水乙醇作為粘合劑)，在2MPa壓力下壓制成試片。把壓制的試片在Ar氣氛下，1400℃熱處理，保溫2小時(shí)，片狀樣品經(jīng)燒制后，成為具有B6O納米線和Ca-B，F(xiàn)e-B混合粉料樣，經(jīng)分離后可得到B6O納米線。
將本例1制備的粉狀樣品經(jīng)分離后，在掃描電子顯微鏡下對(duì)制備的納米線形貌進(jìn)行觀察，可見制備的B6O納米線產(chǎn)量很高(見圖6)，而且納米線具有很好的一致性。
實(shí)施例2選取38％Fe3O4，38％B粉和24％CaO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，造粒(10％丙三醇+90％無水乙醇作為粘合劑)，在4MPa壓力下壓制成試片。把壓制的試片在Ar氣氛下，1400℃熱處理，保溫2小時(shí)，片狀樣品經(jīng)燒制后，成為具有B6O納米晶須和Ca-B，F(xiàn)e-B混合粉料樣，經(jīng)分離后可得到B6O納米晶須。
在Si基片上制備出大量的B6O納米線結(jié)構(gòu)，產(chǎn)量很高，而且納米線具有很好的一致性(見圖7)，同時(shí)也可制備的CaB6晶須(見圖8)。
實(shí)施例3步驟類似于實(shí)施例2，在燒結(jié)過程中，在Ar氣流通過的下游放置鍍Fe的基板(Al2O3或Si)，熱處理溫度制度同實(shí)施例2，在基板上可獲得B6O納米線，同時(shí)還有少量CaB6晶須材料。
實(shí)施例4選取70％Fe2O3，10％B粉和20％BaO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，把混合粉料放入氧化鋁瓷舟中，密封后，在Ar氣氛下，1500℃熱處理，保溫2小時(shí)，熱處理后，形成具有B6O納米線。
實(shí)施例5選取20％Fe2O3，10％B粉和70％SrO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，造粒(10％丙三醇+90％無水乙醇作為粘合劑)，在10MPa壓力下壓制成試片。把壓制的試片在Ar氣氛下，1300℃熱處理，保溫8小時(shí)，片狀樣品經(jīng)燒制后，成為具有B6O納米線和B6O晶須混合粉料。
實(shí)施例6選取40％Fe，20％B粉和40％CaO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，造粒(10％丙三醇+90％無水乙醇作為粘合劑)，在5MPa壓力下壓制成試片。把壓制的試片在Ar氣氛下，1500℃熱處理，保溫1小時(shí)，片狀樣品經(jīng)燒制后，成為具有B6O納米線，在起始混合料下游放置鍍Fe的Si基片，在Si基片上可以發(fā)現(xiàn)有純度高的B6O納米線生成。
實(shí)施例7選取30％Ni，35％B粉和35％BaO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，造粒(10％丙三醇+90％無水乙醇作為粘合劑)，在2MPa壓力下壓制成試片。把壓制的試片在Ar氣氛下，1400℃熱處理，保溫8小時(shí)，片狀樣品經(jīng)燒制后，成為具有B6O納米線結(jié)構(gòu)及其晶須結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例8選取20％CoO，45％B粉和35％CaO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，造粒(10％丙三醇+90％無水乙醇作為粘合劑)，在6MPa壓力下壓制成試片。把壓制的試片在Ar氣氛下，1450℃熱處理，保溫6小時(shí)，片狀樣品經(jīng)燒制后，成為具有B6O納米線結(jié)構(gòu)及其晶須結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例9選取30％NiO，35％B粉和35％BaO作為起始原料，經(jīng)濕法球磨后(無水乙醇作為介質(zhì))，烘干，造粒(10％丙三醇+90％無水乙醇作為粘合劑)，在8MPa壓力下壓制成試片。把試片放入密閉的瓷舟中，在Ar氣流通過的下游放置鍍Ni的基板(Al2O3或Si)，熱處理溫度制度為1400℃保溫4小時(shí)，在基板上可獲得B6O納米線及晶須結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)，其特征在于所述材料采用IIA族金屬氧化物、硼粉和過渡族金屬或其金屬氧化物；其中過渡族金屬或其金屬氧化物的質(zhì)量比控制在20％～70％，IIA族金屬氧化物比例控制在10％～50％，硼粉的比例在20～70％。
2.按照權(quán)利要求1所述的B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)，其特征在于所述IIA族金屬氧化物為CaO，SrO或BaO，所述過渡族金屬或其金屬氧化物為Fe，Co，Ni或其氧化物如，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e2O3，CoO，NiO。
3.制備如權(quán)利要求1所述的B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)的方法，采用固相反應(yīng)方法，其特征在于所述方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)將起始原料混合，在2～10MPa的壓力下把混合料壓制成片，同時(shí)加入粘合劑；(2)將上述壓制成片的料造粒后，過篩；(3)將步驟(2)過篩后的料在Ar氣氛，1300～1500℃下進(jìn)行熱處理，保溫1h～8h。
4.制備如權(quán)利要求1所述的B6O納米線和晶須結(jié)構(gòu)的方法，采用化學(xué)氣相沉積法制備B6O納米線，其特征在于所述方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)起始原料混合，在2～10MPa的壓力下把混合料壓制成片，同時(shí)加入粘合劑；(2)將上述壓制成片的料造粒后，過篩；(3)將步驟(2)過篩后的料在Ar氣氛，1300～1500℃下進(jìn)行熱處理，保溫1h～8h；在熱處理過程中，壓制試片放入Al2O3陶瓷舟中，同時(shí)在Ar氣流下方放入一鍍Fe，Co或Ni的Al2O3或SiO2基片，試驗(yàn)中把瓷舟密封，熱處理后，在基板上和熱處理后混合試片中均可得到B6O納米線或其晶須。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種B
文檔編號(hào)C30B29/16GK1594083SQ200410009238
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者曹明賀, 袁俊, 蔣軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)