[發明專利]一種亞穩態立方相氮化硼e-BN納米粉的制備方法

無效

• 申請號: 200910061364.X
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101519194A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 谷云樂;潘新葉;王吉林
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;C30B29/38;C04B35/5831;C04B35/626
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及陶瓷材料領域，具體的是涉及制備一種亞穩態立方相氮化硼e-BN納米粉的制備方法。

背景技術

氮化硼(BN)是一種III-V族共價鍵化合物，它不僅具有良好的電絕緣性和高的導熱性能，而且還具有很強的化學穩定性。在高溫條件下也具有良好的潤滑性，同時氮化硼還具有很強的中子吸收能力。隨著對氮化硼的不斷研究，人們還發現不同結構的氮化硼還有很多的優良特性。氮化硼具有六方相(h-BN)和立方相(c-BN)等結構，近年來又發現了e-BN結構^[1]，其中e是explosion的縮寫。

e-BN和c-BN、w-BN類似，都屬于高壓相。立方氮化硼(c-BN)和金剛石一樣，是集許多優異性能于一身的多功能高溫高壓相材料，如超群的高硬度、高熱導、高電阻、抗高溫氧化性、非常好的化學穩定性、全光譜波段的透過性等。由于它與鐵不發生化學反應，又是既可n型摻雜也可p型摻雜的寬禁帶半導體材料，所以在機械加工和電子學兩大方面的應用都優于金剛石(能與鐵反應，只能p型摻雜)。但是，e-BN作為一種新的亞穩態立方相，其具體性質目前還沒有明確探知。

立方相BN傳統的合成方法可分為化學氣相沉積方法和高溫高壓合成方法兩大類^[2]。其中高溫高壓方法一般是以h-BN為原料。各種新的制備方法不斷出現，并且向著低溫低壓、簡便可行的方向發展，由此發展出了許多新的具有很大發展潛力得合成方法，如水熱合成法^[3]、苯熱合成法^[4-5]、新的化學氣相沉積法^[6-8]、自蔓延法^[9]、碳熱合成法^[10]、離子束濺射技術法^[11]、激光誘發還原法^[12-13]等。

之前，有報道在脈沖激光誘導液/固界面反應中發現有e-BN^[14]，該反應在室溫、室壓下進行，合成的產物為近似球狀e-BN納米晶，粒徑在30～80nm。另有報道液相合成制備出e-BN^[15]，該實驗用紅外分析和X射線衍射分析對其進行了分析，得到結果與文獻報道相符合，并提出一種假設的B₁₂N₁₂模型結構，通過計算得到了其晶胞參數、密度等參數、彈性模量。還有報道用射頻磁控濺射方法制備出e-BN薄膜^[16]，并對e-BN的亞穩態進行的描述和證明，表明e-BN為高壓相，容易向c-BN轉變。目前，對e-BN的報道還較少，其它性質還處于探索和研究階段。

發明內容

本發明所要解決的問題是針對上述現有技術而提供一種亞穩態立方相氮化硼e-BN納米粉的制備方法，其制備過程簡單，反應的溫度較低，能耗小。

本發明為解決上述提出的問題所采用解決方案為：一種亞穩態立方相氮化硼e-BN納米粉的制備方法，其特征是將B₂O₃和Mg粉進行球磨，然后將所得的球磨料與NH₄Cl、無水氯化鈷混合，其中B₂O₃∶Mg∶NH₄Cl∶CoCl₂的摩爾比為1∶4.0～5.0∶7.0～9.0∶0.35～0.45，再在400～650℃下恒溫反應5-24小時，自然冷卻至室溫，所得粗產物經過洗滌和干燥，即可得到e-BN納米粉。其化學反應方程可表示為：

B₂O₃+2NH₄Cl+2Mg→2e-BN+2MgCl₂+3H₂O+H₂↑(1)

按上述方案，所述的B₂O₃純度為98wt.％，鎂粉粒度為100～200目、NH₄Cl、CoCl₂均為分析純試劑。

按上述方案，球磨時間為72～120小時。

按上述方案，所述的洗滌和干燥步驟是將粗產物加入蒸餾水中，按反應配比加入36～38wt.％的鹽酸和65～68wt.％的硝酸，超聲5～30分鐘，然后離心分離，除去可溶性堿金屬及其氧化物雜質，濾餅用蒸餾水洗滌、再經50～80℃下干燥12～24小時。

按上述方案，所述的亞穩態立方相氮化硼e-BN納米粉的晶粒大小為50～150nm。