專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料學(xué)領(lǐng)域高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
高結(jié)晶度球狀六方氮化硼，因其良好的顆粒填充性能和高熱導(dǎo)率，可以作為導(dǎo)熱塑料的無(wú)機(jī)填充材料，在LED節(jié)能光源和散熱元器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。為了表征六方氮化硼的三維有序化程度(結(jié)晶度)，通常采用Thomas等人定義的方法衡量六方氮化硼結(jié)晶程度，即用三維有序化程度的石墨化指數(shù)(Graphitizationindex)來(lái)表示，即字母GI表示，GI值越大表示晶體的三維有序度越低，結(jié)晶度越差，否則結(jié)晶度越好。一般來(lái)說(shuō)，GI值在I. 60-5. 00之間為結(jié)晶度良好的產(chǎn)物。GI值的定量計(jì)算可、用六方氮化硼的X射線衍射圖譜(XRD)中(100)、(101)及(102)晶面衍射峰面積之間的關(guān)系確定，GI= (S_)+Satll))/(Satl2))，式中S(_、S(1Q1)和Satl2)分別代表六方氮化硼(100)、
(101)和(102)晶面衍射峰的面積。目前，關(guān)于制備球狀六方氮化硼的方法有兩種。第一種是以球狀化石墨為原料，使球狀化石墨與硼氧化物(氧化硼和硼酸)及氮在高達(dá)1600-2100攝氏度的溫度下發(fā)生反應(yīng)，制備球狀化氮化硼；第二種是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。上述兩種方法中，第一種方法利用球狀化石墨作為原料而且整個(gè)過(guò)程在1600-2100攝氏度的高溫下進(jìn)行，很容易在所形成六方氮化硼中帶入碳雜質(zhì)，且成本較高。第二種方法，也需在高溫下進(jìn)行，而且需要氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w將其帶入氮化爐中，工藝過(guò)程繁瑣,成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法，該方法不需要在1600-2100攝氏度的高溫下發(fā)生反應(yīng)，也不需要使用氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w將原料帶入氨氣氣氛中，工藝簡(jiǎn)單、成本低，且不易帶入雜質(zhì)。一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法為
I.配料硼酸、硼砂、尿素作為原料。鎂粉作為催化劑。丙烯酰胺、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨作為網(wǎng)絡(luò)劑。其中，原料硼酸、硼砂和尿素的質(zhì)量配比為硼酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5-10%，硼砂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30-70%，尿素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25-60% ;催化劑的質(zhì)量為原料總質(zhì)量的1-15% ;網(wǎng)絡(luò)劑的總質(zhì)量為原料總質(zhì)量的5-20%，且丙烯酰胺、N, N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨這三部分的質(zhì)量配比為100:4:25。2.制備六方氮化硼前驅(qū)體凝膠先將硼酸、硼砂和尿素溶于去離子水中，形成均一溶液。將上述溶液置于65-70攝氏度恒溫水浴中充分?jǐn)嚢瑁缓笠来渭尤氡０贰, N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨。繼續(xù)攪拌，可獲得前驅(qū)體凝膠。3.制備前驅(qū)體粉體將前驅(qū)體凝膠在干燥箱中干燥處理，然后箱式爐內(nèi)200攝氏度徹底烘干脫水后研磨得到前驅(qū)體粉體。4.添加催化劑制備混合前驅(qū)體粉體為防止催化劑鎂粉的氧化，將鎂粉和上述前驅(qū)體粉體置于真空手套箱中機(jī)械混合均勻，獲得混合前驅(qū)體粉體。5.制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體將上述混合前驅(qū)體粉體迅速置于管式氣氛爐中，然后在流動(dòng)氨氣下，以每分鐘5攝氏度的升溫速率升至300攝氏度并保溫1-4小時(shí)，繼續(xù)以每分鐘10攝氏度的升溫速率升至750-900攝氏度之間進(jìn)行氮化并保溫2-10小時(shí)，之后隨爐冷卻，獲得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。6.除雜處理為了提高所得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的純度。待冷卻到室溫以后，將產(chǎn)品取出，先用稀鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用去離子水進(jìn)一步清洗，清洗后的產(chǎn)品放入 烘箱60攝氏度干燥24小時(shí)。最后將干燥后的產(chǎn)品置于快速升溫爐中600攝氏度除碳，最終得到純度較高的高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。本發(fā)明創(chuàng)新之處在于將溶膠一凝膠法與催化劑相結(jié)合的方法制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。該發(fā)明在流動(dòng)氨氣下，制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體，其石墨化指數(shù)在2. 0-4. 5之間，在高結(jié)晶度六方氮化硼所規(guī)定的石墨化指數(shù)范圍內(nèi)。另外，該發(fā)明不需要昂貴的設(shè)備，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)量大，具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、適宜工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。


圖I是實(shí)施例I所得粉體的X射線衍射圖譜。圖2是實(shí)施例I所得六方氮化硼粉體的(100)、(101)和(102)晶面衍射峰的圖
-i'TfeP曰。圖3是實(shí)施例I所得六方氮化硼粉體的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法為
I.配料利用電子天平分別稱(chēng)取硼酸I. 5克、硼砂10克、尿素15克、催化劑鎂粉O. 5克和網(wǎng)絡(luò)4. 515克。其中，丙烯酰胺3. 5克、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺O. 14克、過(guò)硫酸銨O. 875克，待用。2.制備六方氮化硼前驅(qū)體凝膠先將硼酸、硼砂和尿素溶于去離子水中，形成均一溶液。將上述溶液置于60攝氏度恒溫水浴中充分?jǐn)嚢瑁缓笠来渭尤氡０贰，N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨。繼續(xù)攪拌，可獲得前驅(qū)體凝膠。3.制備前驅(qū)體粉體將前驅(qū)體凝膠在干燥箱中干燥處理，然后箱式爐內(nèi)200攝氏度徹底烘干脫水后研磨得到前驅(qū)體粉體。4.添加催化劑制備混合前驅(qū)體粉體為防止催化劑鎂粉的氧化，將鎂粉和上述前驅(qū)體粉體置于真空手套箱中混合均勻，獲得混合前驅(qū)體粉體。5.制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體將上述混合前驅(qū)體粉體迅速置于管式氣氛爐中，然后在流動(dòng)氨氣下，以每分鐘5攝氏度的升溫速率升至300攝氏度并保溫I小時(shí)，繼續(xù)以每分鐘10攝氏度的升溫速率升至900攝氏度進(jìn)行氮化并保溫2小時(shí)，之后隨爐冷卻，獲得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。6.除雜處理為了提高所得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的純度。待冷卻到室溫以后，將產(chǎn)品取出，先用稀鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用去離子水進(jìn)一步清洗，清洗后的產(chǎn)品放入烘箱60攝氏度干燥24小時(shí)。最后將干燥后的產(chǎn)品置于快速升溫爐中600攝氏度除碳，最終得到純度較高的高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。圖I是實(shí)施例I所得粉體的X射線衍射圖譜。從圖中可以看出，六方氮化硼典型的(002)和(100)晶面衍射峰出現(xiàn)在圖譜中，可知所制備的粉體為六方氮化硼粉體。(101)、
(102)、(004)、(110)和(112)晶面衍射峰的出現(xiàn)證明了所得六方氮化硼粉體具有良好的結(jié)
晶性。 圖2是實(shí)施例I所得六方氮化硼粉體的(100)、(101)和(102)晶面衍射峰的圖譜。通過(guò)石墨化指數(shù)計(jì)算公式克I=(S_+S_)/ (S(102)),得克1=2. 3,在六方氮化硼所規(guī)定的良好的結(jié)晶度(克1=1. 6-5. O)范圍之內(nèi)，且非常接近完整六方氮化硼粉體的石墨化指數(shù)
I.6。圖3是實(shí)施例I所得六方氮化硼粉體的掃描電鏡照片。從圖中可以看出，所得六方氮化硼粉體呈球狀，直徑大約為300納米左右。實(shí)施例2
一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法為
I.配料利用電子天平分別稱(chēng)取硼酸2克、硼砂12克、尿素18克、催化劑鎂粉I. 5克和網(wǎng)絡(luò)劑4. 644克。其中，丙烯酰胺3. 6克、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺O. 144克、過(guò)硫酸銨O. 9克，待用。2.制備六方氮化硼前驅(qū)體凝膠先將硼酸、硼砂和尿素溶于去離子水中，形成均一溶液。將上述溶液置于63攝氏度恒溫水浴中充分?jǐn)嚢瑁缓笠来渭尤氡０贰，N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨。繼續(xù)攪拌，可獲得前驅(qū)體凝膠。3.制備前驅(qū)體粉體將前驅(qū)體凝膠在干燥箱中干燥處理，然后箱式爐內(nèi)200攝氏度徹底烘干脫水后研磨得到前驅(qū)體粉體。4.添加催化劑制備混合前驅(qū)體粉體為防止催化劑鎂粉的氧化，將鎂粉和上述前驅(qū)體粉體置于真空手套箱中混合均勻，獲得混合前驅(qū)體粉體。5.制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體將上述混合前驅(qū)體粉體迅速置于管式氣氛爐中，然后在流動(dòng)氨氣下，以每分鐘5攝氏度的升溫速率升至300攝氏度并保溫4小時(shí)，繼續(xù)以每分鐘10攝氏度的升溫速率升至750攝氏度進(jìn)行氮化并保溫6小時(shí)，之后隨爐冷卻，獲得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。6.除雜處理為了提高所得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的純度。待冷卻到室溫以后，將產(chǎn)品取出，先用稀鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用去離子水進(jìn)一步清洗，清洗后的產(chǎn)品放入烘箱60攝氏度干燥24小時(shí)。最后將干燥后的產(chǎn)品置于快速升溫爐中600攝氏度除碳，最終得到純度較高的高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。實(shí)施例3
一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法為
I.配料利用電子天平分別稱(chēng)取硼酸3克、硼砂12克、尿素15克、催化劑鎂粉I克和網(wǎng)絡(luò)劑4. 9克。其中，丙烯酰胺3. 8克、N, N-亞甲基雙丙烯酰胺O. 152克、過(guò)硫酸銨O. 95克，待用。2.制備六方氮化硼前驅(qū)體凝膠先將硼酸、硼砂和尿素溶于去離子水中，形成均一溶液。將上述溶液置于70攝氏度恒溫水浴中充分?jǐn)嚢瑁缓笠来渭尤氡０贰，N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨。繼續(xù)攪拌，可獲得前驅(qū)體凝膠。3.制備前驅(qū)體粉體將前驅(qū)體凝膠在干燥箱中干燥處理，然后箱式爐內(nèi)200攝氏度徹底烘干脫水后研磨得到前驅(qū)體粉體。4.添加催化劑制備混合前驅(qū)體粉體為防止催化劑鎂粉的氧化，將鎂粉和上述前驅(qū)體粉體置于真空手套箱中混合均勻，獲得混合前驅(qū)體粉體。5.制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體將上述混合前驅(qū)體粉體迅速置于管式氣氛爐中，然后在流動(dòng)氨氣下，以每分鐘5攝氏度的升溫速率升至300攝氏度并保溫2小時(shí)，繼續(xù)以每分鐘10攝氏度的升溫速率升至850攝氏度進(jìn)行氮化并保溫2小時(shí)，之后隨爐冷卻，獲得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。 6.除雜處理為了提高所得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的純度。待冷卻到室溫以后，將產(chǎn)品取出，先用稀鹽酸進(jìn)行酸洗，然后用去離子水進(jìn)一步清洗，清洗后的產(chǎn)品放入烘箱60攝氏度干燥24小時(shí)。最后將干燥后的產(chǎn)品置于快速升溫爐中600攝氏度除碳，最終得到純度較高的高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。
權(quán)利要求
1.一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法，其特征是(1)、配料硼酸、硼砂、尿素作為原料；鎂粉作為催化劑；丙烯酰胺、N, N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨作為網(wǎng)絡(luò)劑；其中，原料硼酸、硼砂和尿素的質(zhì)量配比為硼酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5-10%，硼砂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30-70%，尿素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25-60% ;催化劑的質(zhì)量為原料總質(zhì)量的1-15% ;網(wǎng)絡(luò)劑的總質(zhì)量為原料總質(zhì)量的5-20%，且丙烯酰胺、N, N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨這三部分的質(zhì)量配比為100:4:25 ; (2)、制備六方氮化硼前驅(qū)體凝膠先將硼酸、硼砂和尿素溶于去離子水中，形成均一溶液；將上述溶液置于65-70攝氏度恒溫水浴中充分?jǐn)嚢瑁缓笠来渭尤氡０贰，N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨；繼續(xù)攪拌，可獲得前驅(qū)體凝膠；(3)、制備前驅(qū)體粉體將前驅(qū)體凝膠在干燥箱中干燥處理，然后箱式爐內(nèi)200攝氏度徹底烘干脫水后研磨得到前驅(qū)體粉體；(4)、添加催化劑制備混合前驅(qū)體粉體為防止催化劑鎂粉的氧化，將鎂粉和上述前驅(qū)體粉體置于真空手套箱中機(jī)械混合均勻，獲得混合前驅(qū)體粉體；(5)、 制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體將上述混合前驅(qū)體粉體迅速置于管式氣氛爐中，然后在流動(dòng)氨氣下，以每分鐘5攝氏度的升溫速率升至300攝氏度并保溫1-4小時(shí)，繼續(xù)以每分鐘10攝氏度的升溫速率升至750-900攝氏度之間進(jìn)行氮化并保溫2-10小時(shí)，之后隨爐冷卻，獲得高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。
全文摘要
一種高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體的催化制備方法為；1、配料硼酸、硼砂、尿素作為原料；鎂粉作為催化劑；丙烯酰胺、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨作為網(wǎng)絡(luò)劑；2、制備六方氮化硼前驅(qū)體凝膠；3、制備前驅(qū)體粉體；4、添加催化劑制備混合前驅(qū)體粉體；5、制備高結(jié)晶度球狀六方氮化硼粉體。本發(fā)明不需要在1600-2100攝氏度的高溫下發(fā)生反應(yīng)，也不需要使用氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w將原料帶入氨氣氣氛中，工藝簡(jiǎn)單、成本低，且不易帶入雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C01B21/064GK102976292SQ20121055585
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者張寧, 周永輝, 王曉陽(yáng), 闞洪敏, 付婷婷 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)大學(xué)