專利名稱：一種飛碟形納米六方氮化硼粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氮化硼粉末的制備方法。
背景技術(shù)：
六方氮化硼(HBN)具有與石墨類似的片層狀結(jié)構(gòu)，外觀為白色，因而有時(shí)也稱這種 氮化硼為類石墨氮化硼或白石墨。其晶格常數(shù)a=0.251nm±0.002nm， c=0.670nm± 0.004nm，密度P為2.25g/cm3。六方氮化硼在空氣中非常穩(wěn)定，能耐2270K高溫，在 3270K時(shí)升華，具有良好的電絕緣性、導(dǎo)熱性、耐化學(xué)腐蝕性、抗氧化性和潤(rùn)滑性；具 有很強(qiáng)的中子吸收能力，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)幾乎所有的熔融金屬都顯化學(xué)惰性?？捎米?熔煉蒸發(fā)金屬的坩堝、舟皿、液態(tài)金屬輸送管、火箭噴口、大功率器件底座、熔化金屬 的管道、泵零件、鑄鋼的模具等；制造高溫構(gòu)件、火箭燃燒室內(nèi)襯、宇宙飛船的熱屏蔽、 磁流件發(fā)電機(jī)的耐蝕件等；應(yīng)用于高壓高頻電及等離子弧的絕緣體以及各種加熱器的絕 緣子，加熱管套管和高溫、高頻、高壓絕緣散熱部件，高頻應(yīng)用電爐的材料；氮化硼作 為潤(rùn)滑劑使用時(shí)，它可以分散在耐熱潤(rùn)滑脂、水或溶劑中；噴涂在摩擦表面上，待溶劑 揮發(fā)而形成干模；填充在樹脂、陶瓷、金屬表面層作為耐高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料；還可用 作各種材料的添加劑。合成六方氮化硼的方法很多(1)化合或還原 化合法1硼砂 氯化銨法將脫去結(jié)晶水之后的硼砂和氯化銨混合，在氨氣流中加熱反應(yīng)， 將反應(yīng)物凈制即得氮化硼；b. 硼砂 尿素法將脫去結(jié)晶水的硼砂與尿素混合，在氮?dú)饬髦屑訜岱磻?yīng)，將反應(yīng)產(chǎn) 物凈制即得氮化硼；c. 硼酸 磷酸三鈣法磷酸三鈣作為填充物與硼酸混合，在氨氣流中進(jìn)行反應(yīng)而得。d. 單質(zhì)硼氮化法將單質(zhì)硼粉在氮?dú)饣虬睔饬髦屑訜岱磻?yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物凈制即得氮化(2) —種六方氮化硼納米微球及合成方法和應(yīng)用將氧化硼與一元醇發(fā)生酯化反應(yīng)，生成三羥基硼酸酯與硼酸的混合物，用氮?dú)饣蚨栊詺怏w將其帶入氮化爐中，與過(guò)量的氨氣在高溫進(jìn)行反應(yīng)；或直接將反應(yīng)混合物利用超聲霧化器或高速氣流霧化成微米霧滴后，用氮?dú)饣蚨栊詺怏w將其帶入氮化爐中，與過(guò)量 的氨氣在高溫進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)得到的產(chǎn)物，以甲醇洗滌，除去產(chǎn)物中的氧化硼后，得到 六方氮化硼納米微球(唐成春，丁曉夏，高建明，祁守仁。 一種六方氮化硼納米微球及合成方法和應(yīng)用，公開號(hào)CN1931719，申請(qǐng)日2005年12月1曰)；(3) 含有硼和氮的纖維狀化合物于非氧化氣體氣氛中在400 80(TC的溫度下進(jìn)行加 熱處理并把所得的處理粉末粉碎，然后粉碎物于非氧化氣體氣氛中在1000 180(TC的 溫度下進(jìn)行熱處理，該六方氮化硼粉末的形狀為橢圓盤狀或者圓盤狀，并且短軸La、 長(zhǎng)軸Lb以及厚度t滿足下式50nm《La《Lb《400nm， 20nm《t《150nm， t《La， 0.5 《La/Lb《1.0 (F'福斯提努斯，谷真佐人，鈴江正義。氮化硼及其制造方法，公開號(hào) CN1227531,申請(qǐng)日1999年9月1日);(4) 以BBr3和NaNH2為原料室溫條件下，合成了氮化硼空心球。(Luyang Chen, Yunle Gu, Liang Shi， Zeheng Yang, Jianhua Ma， Yitai Qian. A room-temperature approach to boron nitride hollow spheres. Solid State Communications, 130(2004)537-540);(5) 六方氮化硼的制備方法及其制得的六方氮化硼多晶體粉末以NaBH4、KBH4和NaBF4等堿金屬氟硼酸鹽、CaB6等金屬硼化物為硼源，以NaNH2 等為氮源，控制反應(yīng)物配比，在500 60(TC下反應(yīng)，產(chǎn)物通過(guò)洗滌、過(guò)濾和干燥，即 得到納米及亞微米片狀六方氮化硼多晶體粉末?？芍苽淞降鸲嗑w為三角形片 狀、六邊形片狀、橢圓形片狀、不規(guī)則片狀等不同形貌。片狀氮化硼的尺寸和形貌均勻， 80wt.X以上的顆粒包含在平均粒徑士20X范圍內(nèi)(谷云樂(lè)，劉應(yīng)亮，鄭明濤。六方氮化 硼的制備方法及其制得的六方氮化硼多晶體粉末，公開號(hào)CN1955109,申請(qǐng)H: 2006 年09月07日)；上述合成方法中有部分可以控制粉末顆粒形貌。這些報(bào)道在合成方法、反應(yīng)路線以 及目標(biāo)產(chǎn)物方面都與本發(fā)明不同。本發(fā)明制備的飛碟狀六方氮化硼粒徑均一可控、工藝 簡(jiǎn)捷、易控制、投資成本低，適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可以控制粉末顆粒形貌適合于工業(yè)化制備的六方氮化硼粉末的制備方法。包括將硼原料經(jīng)過(guò)噴霧干燥后制備成硼前驅(qū)體粉末，前驅(qū)體粉末粒度 控制在10nm 500nm;球磨混合硼氮化合物得到硼氮前驅(qū)體粉末，然后將硼氮混合前 驅(qū)體粉末放入近似密閉的反應(yīng)容器(可承受壓強(qiáng)為0.5 3MPa)中，經(jīng)過(guò)中溫?zé)崽幚砗螅?得到無(wú)定形的氮化硼粉末；再將無(wú)定形的氮化硼粉末球磨處理，放在高溫爐中，在氮?dú)?氣氛下進(jìn)行高溫處理。高溫處理后得到的產(chǎn)物，以蒸餾水洗滌，除去產(chǎn)物中可能存在的 三氧化二硼等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的洗滌，干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。 本發(fā)明制備的飛碟形納米六方氮化硼粉末具有粒度可調(diào)、純度高、分散性好的特點(diǎn)，粉 末的粒度可控制在20nm 500nm。本發(fā)明因而工藝簡(jiǎn)捷、易控制、沒(méi)有污染、投資成 本低，適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。制備的飛碟形納米六方氮化硼粉末可用于機(jī)械密封、高 溫固體潤(rùn)滑劑，還可用作金屬和陶瓷的填料制成軸承等。 下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明1、 原料(1) 硼原料為硼的化合物硼的化合物硼酸(H3B03)、氧化硼(B203 )兩者中的一種和四硼酸鈉 (Na2B4Orl0H2O);(2) 氮原料為氮的化合物氮的化合物選用下列中的一種尿素(CO(NH2)2)、氯化銨(NH4C1);2、 噴霧干燥工藝噴霧干燥工藝硼原料的水溶液濃度為30 70wt.%，噴霧干燥溫度控制在150 180°C，環(huán)境氣氛為空氣；3、 硼氮化合物的混合將噴霧干燥的硼原料和氮的化合物球磨混合，球料比為8: 1，球磨時(shí)間為12小時(shí)，得到硼氮混合前驅(qū)體粉末；4、 氮化工藝-將硼氮混合前驅(qū)體粉末放入近似密閉的反應(yīng)容器(可承受壓強(qiáng)為0.5 3MPa)中， 經(jīng)過(guò)中溫?zé)崽幚?，處理溫度控制?00 900°C，處理時(shí)間20分鐘 1小時(shí)，得到無(wú)定 形的氮化硼粉末；再將無(wú)定形的氮化硼粉末球磨處理，球料比為10: 1，球磨時(shí)間為24 小時(shí)；將球磨后的無(wú)定形的氮化硼粉末放在高溫爐中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理，處 理溫度控制在1200 1400°C，處理時(shí)間控制在2 4小時(shí)；5、 將步驟(4)中的產(chǎn)物處理及收集工藝將步驟(4)中得到的產(chǎn)物以蒸餾水洗滌1 2次，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的2 3次洗滌，8(TC干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼 粉末。本發(fā)明制備的飛碟形納米六方氮化硼粉末具有粒度可調(diào)、純度高、分散性好的特點(diǎn)， 粉末的粒度可控制在20nm 500nm。本發(fā)明因而工藝簡(jiǎn)捷、易控制、沒(méi)有污染、投資 成本低，適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。制備的飛碟形納米六方氮化硼粉末可用于機(jī)械密封、 高溫固體潤(rùn)滑劑，還可用作金屬和陶瓷的填料制成軸承等。


圖l:飛碟形納米六方氮化硼粉末的制備工藝流程圖； 圖2:飛碟形納米六方氮化硼粉末的X射線衍射圖譜； 圖3:飛碟形納米六方氮化硼粉末的掃描電鏡圖。具體實(shí)施方案實(shí)施例l:將498克硼酸(H3B03)和98克四硼酸鈉(Na2B4Orl0H2O)原料混溶于1400毫 升的蒸餾水中，經(jīng)18(TC空氣氣氛噴霧干燥制成硼前驅(qū)體粉末，再和700克尿素 (CO(NH2)2)干磨球磨混合后放入近似密閉的反應(yīng)容器(可承受壓強(qiáng)為0.5 3MPa)中， 在80(TC硅碳爐中熱處理20分鐘，得到氮化硼的無(wú)定形粉末，經(jīng)過(guò)球磨干磨處理后， 放在高溫爐中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理，處理溫度為1200°C，處理時(shí)間控制在3 小時(shí)。將高溫處理后得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌1次，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼 等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的3次洗滌，8(TC千燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。 實(shí)施例2:將498克硼酸(H3B03)和179克四硼酸鈉(Na2B4Or 10H2O)原料混溶于290毫 升的蒸餾水中，經(jīng)15(TC空氣氣氛噴霧干燥制成硼前驅(qū)體粉末，再和1292克氯化銨(NH4C1)干磨球磨混合后放入近似密閉的反應(yīng)容器(可承受壓強(qiáng)為0.5 3MPa)中， 在90(TC硅碳爐中熱處理40分鐘，得到氮化硼的無(wú)定形粉末，經(jīng)過(guò)球磨干磨處理后， 放在高溫爐中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理，氮化溫度為128(TC，氮化時(shí)間控制在2 小時(shí)。將高溫處理后得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌2次，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼 等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的2次洗滌，8(TC干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。實(shí)施例3:將280克氧化硼(B203)和80克四硼酸鈉(Na2B4Or10H2O)原料混溶于540毫升 的蒸餾水中，經(jīng)16(TC空氣氣氛噴霧干燥制成硼前驅(qū)體粉末，再和724克尿素(CO(NH2)2) 干磨球磨混合后放入近似密閉的反應(yīng)容器(可承受壓強(qiáng)為0.5 3MPa)中，在850'C硅 碳爐中熱處理60分鐘，得到氮化硼的無(wú)定形粉末，經(jīng)過(guò)球磨干磨處理后，放在高溫爐 中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理，處理溫度為1400°C,處理時(shí)間控制在4小時(shí)。將高 溫處理后得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌1次，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼等雜質(zhì)，再 經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的3次洗滌，8(TC干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。實(shí)施例4:將280克氧化硼(B203)和157克四硼酸鈉(Na2B4Or10H2O)原料混溶于291毫 升的蒸餾水中，經(jīng)18(TC空氣氣氛噴霧干燥制成硼前驅(qū)體粉末，再和1290克氯化銨(NH4C1)干磨球磨混合后放入近似密閉的反應(yīng)容器(可承受壓強(qiáng)為0.5 3MPa)中， 在88(TC硅碳爐中熱處理30分鐘，得到氮化硼的無(wú)定形粉末，經(jīng)過(guò)球磨干磨處理后， 放在高溫爐中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理，處理溫度為130(TC，處理時(shí)間控制在2.5 小時(shí)。將高溫處理后得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌2次，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼 等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的2次洗滌，8(TC干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。
權(quán)利要求
1、一種飛碟形納米六方氮化硼粉末的制備方法，其特征在于將硼原料經(jīng)過(guò)噴霧干燥后制備成粒度為10nm～500nm硼前驅(qū)體粉末，球磨混合硼前驅(qū)體粉末和氮的化合物得到硼氮前驅(qū)體粉末，然后將硼氮混合前驅(qū)體粉末放入反應(yīng)容器中，經(jīng)過(guò)中溫?zé)崽幚砗?，得到無(wú)定形的氮化硼粉末，再將無(wú)定形的氮化硼粉末球磨處理，放在高溫爐中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理。將高溫處理后得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的洗滌，干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末，其中(1)原料硼原料為硼酸或氧化硼兩者中的一種和四硼酸鈉；氮原料為尿素或氯化銨；(2)噴霧干燥硼原料的水溶液濃度為30～70wt.％，噴霧干燥溫度控制在150～180℃，環(huán)境氣氛為空氣；(3)硼氮化合物的混合將噴霧干燥的硼原料和氮的化合物球磨混合，球料比為8∶1，球磨時(shí)間為12小時(shí)，得到硼氮混合前驅(qū)體粉末；(4)氮化工藝將硼氮混合前驅(qū)體粉末放入反應(yīng)容器中，反應(yīng)容器承受的壓強(qiáng)為0.5～3Mpa，經(jīng)過(guò)800～900℃中溫?zé)崽幚?，處理時(shí)間20分鐘～1小時(shí)，得到無(wú)定形的氮化硼粉術(shù)；再將無(wú)定形的氮化硼粉末球磨處理，球料比為10∶1，球磨時(shí)間為24小時(shí)；將球磨后的無(wú)定形的氮化硼粉末放在高溫爐中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理，處理溫度為1200～1400℃，處理時(shí)間控制在2～4小時(shí)；(5)產(chǎn)物處理及收集工藝將步驟(4)得到的產(chǎn)物以蒸餾水洗滌1～2次，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的2～3次洗滌，80℃干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種飛碟形納米六方氮化硼粉末的制備方法。本發(fā)明是將硼原料經(jīng)過(guò)噴霧干燥后制備成硼前驅(qū)體粉末；球磨混合硼前驅(qū)體粉末和氮的化合物得到硼氮前驅(qū)體粉末；然后將硼氮前驅(qū)體混合粉末放入近似密閉的反應(yīng)容器中，經(jīng)過(guò)中溫?zé)崽幚砗?，得到無(wú)定形的氮化硼粉末；再將無(wú)定形的氮化硼粉末球磨處理，放在高溫爐中，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫處理。將高溫處理后得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌，除去產(chǎn)物中可能存在的三氧化二硼等雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇的洗滌、干燥后，得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。本發(fā)明制備的飛碟形納米六方氮化硼粉末具有粒度可調(diào)、純度高、分散性好的特點(diǎn)，粉末的粒度控制在20nm～500nm。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)捷、易控制、沒(méi)有污染、投資成本低，適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B21/064GK101244812SQ200810046930
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者史曉亮, 華 楊, 段興龍, 盛 王, 董學(xué)斌 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)