一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米‑亚微米类球形氮化硼的制备方法，该方法使用以固体硼源和氮源生成氮化硼的反应体系，使用碱金属卤化物或碱土金属卤化物作为反应助剂，常压下一次烧结的工艺路线，经过进一步处理后，大批量得到粒径数百纳米的氮化硼球状颗粒。该方法适用于大批量生产，大幅降低了氨气污染，在常压较低温度下即可获得球状的氮化硼一次颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法
本专利技术属于材料制备领域，涉及一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法。
技术介绍
氮化硼材料经过数十年的开发，已经在特种陶瓷、复合功能陶瓷、导热填料、铸造脱模、抗磨润滑剂等领域得到了广泛应用。氮化硼做为抗磨添加剂添加进润滑油中，由于本身的自润滑性，具有突出的减摩擦性能，以及高温下的抗氧化性能。同时，将氮化硼纳米化，做成一百至几百纳米的颗粒，还能填充摩擦面的微孔、缺陷以及机械损伤，并能够附在表面形成一层保护膜，增加润滑油的效果，降低摩擦面的损耗。将氮化硼纳米颗粒做成球形，还可以起到微滚珠的作用，进一步起到减磨的作用。而且，球形化的氮化硼纳米颗粒，颗粒之间难以形成架桥，还能够有更大的堆积密度，在氮化硼热压烧结制备复合陶瓷领域，可以减少孔隙率，使陶瓷更容易致密化；在氮化硼导热填料领域可以有更大的充填量，提供更快的导热速度，同时不降低被填充材料的强度。目前，对氮化硼进行纳米化已经有了不少成果，例如专利201610525087.3使用氧化硼作为硼源，在氯化钠/氯化钾熔盐环境下，在700～1100℃和氨气反应，得到排列致密的、尺寸为90-120nm的六方氮化硼纳米片。专利201711347319.1使用摩尔比1:(8-15)的硼酸和尿素，在450-550℃保温2-5h，得到直径100-800nm，比表面积为500-800m2/g，厚度约0.7-1.4nm的超薄氮化硼纳米片。专利201310541685.6将氟硼酸铵和硼氢化钠按照一定的比例球磨混合均匀，得到前驱体，将该前驱体置于氧化铝管式炉中，在氨气流的环境下1100-1400℃高温处理，最终得到六方氮化硼纳米片产品，纳米片的长度约400-500nm，宽度约300nm，厚度分布在5-25nm之间。专利201510022305.7使用质量比1:6的硼酸和尿素，加入少量硝酸铜，在氨气氛围1250℃进行反应，产物经后处理，得到2-4层的圆片状氮化硼，厚度为1.0nm，直径为50-70nm。同样由于自范性的限制，其他形貌的粒子也主要是由片状的氮化硼一次粒子聚集而成的微米级二次颗粒。又如采用合适的原料和工艺突破自范性，专利200410068824.9报道了一种氮化硼纳米管的制备方法：选用无毒性的硼类化合物为原料，和形貌控制剂球磨细化，再在流动的氨气下加热至800℃以上，保温0.5h以上。后处理后得到氮化硼纳米管，产率80％以上。专利CN201210400174.8和201610619062.X均报道了一种制备氮化硼纳米管的方法，将硼源和形貌控制剂充分混合，在1100-1400℃下和氨气反应，将得到的白色产物后处理除去副产物，得到氮化硼纳米管，管径为10～300nm，长度100微米以上。综上，由于氮化硼晶体的自范性，即氮化硼晶体会自发倾向于形成六方片状形貌的一次粒子，因此现有技术对纳米氮化硼的研究主要集中在氮化硼纳米片的合成方面，即使采用合适的原料和工艺可以突破自范性，得到其他形貌的氮化硼纳米颗粒，现有技术的研究也主要集中在氮化硼纳米管上。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供的纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法限制了氮化硼的自范性，在常压较低温度下获得球状的氮化硼一次颗粒。本专利技术提供的技术方案，具体为，一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，该方法包括如下步骤：1)将固体硼源、氮源和反应助剂混合，得到混料；2)将步骤1)中的混料进行预脱水；3)将预脱水后的混料填装入烧结炉，加热反应后得到烧结产物；4)将烧结产物依次经过破碎水洗、酸洗、表面活性剂处理、过滤、烘干后得到纳米-亚微米类球形氮化硼。进一步地，所述硼源为硼酸、偏硼酸、焦硼酸、硼酸铵。进一步地，所述氮源为碳氮化合物。进一步地，所述反应助剂为碱金属卤化物或碱土金属卤化物。进一步地，所述硼源、氮源和反应助剂按照质量比例为(1.5-5)：1：(0-0.4)混合。进一步地，所述预脱水温度大于125℃。进一步地，烧结炉的升温速率为200-600℃/h；烧结时采用恒温温度，温度为750-1400℃。进一步地，所述步骤4)具体为：a、采用破碎设备将烧结产物破碎成数毫米至几厘米直径的小熔块；b、将上述熔块投入到80-90℃的热水中进行水洗；热水量为熔块质量的10-40倍；c、将水洗后的产物进行过滤，得到湿滤饼；d、将湿滤饼采用温度为80-90℃，浓度为0.5-1.0％硫酸溶液进行酸洗，酸溶液的用量为湿滤饼质量的10-20倍；将酸洗后的湿滤饼过滤、水洗、得到中性的粗产品滤饼；e、将粗产品滤饼采用表面活性剂溶液进行再浆分散；所述表面活性剂的质量百分浓度为0.1-1.0％，用量为粗产品滤饼质量的10-15倍，分散时间为30-60分钟；f、将上述分散后的产品进行过滤，得到滤饼在100-200℃下烘干。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，以固体硼源-氮源为反应体系，避免了昂贵的硼吖嗪类等物质的使用，有利于大批量生产；且反应中无需氨气气氛，靠反应体系自身产气即可提供气体保护，大幅降低了氨气污染；使用碱金属/碱土金属卤化物作为反应助剂，低熔点的卤化物熔盐体系限制了氮化硼的自范性，在常压较低温度下即可获得球状的氮化硼一次颗粒，同时烧结后得到的熔体也在保温和降温过程中隔绝氧气，防止高温下产物氧化；使用先水洗后酸洗的工艺路线，可以最大化回收反应助剂，同时降低氮化硼产品中的杂质含量。附图说明为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术一种制备纳米-亚微米氮化硼球形粒子的工艺流程框架图；图2为本专利技术实施例1合成的纳米氮化硼球状粒子的X射线粉末衍射图谱；图3为本专利技术实施例1合成的纳米氮化硼球状粒子放大24000倍的扫描电子显微镜照片；图4为本专利技术实施例1合成的纳米氮化硼球状粒子放大80000倍的扫描电子显微镜照片；具体实施方式结合图1、图2和图3通过如下实施例对本专利技术进行详细说明：本技术方案提出一种以在使用固体硼源和氮源生成氮化硼的反应体系中，使用碱金属卤化物或碱土金属卤化物作为反应助剂，常压下一次烧结的工艺路线，经过进一步处理后，大批量得到粒径数百纳米的氮化硼球状颗粒。如图1所示，一种制备纳米-亚微米氮化硼球形粒子的方法，包括以下步骤：1)混料：将固体硼源、氮源和反应助剂(均通过40目筛)混合；2)预脱水：将混合后的原料送入烘箱，将原料中含有的水分与低温下即可脱除的结合水除去，得到预脱水后的原料；3)高温反应：将烘干后的原料填装入烧结炉，加热反应后得到烧结产物；4)后处理：将烧结产物依次经过破碎水洗、酸洗、表面活性剂处理、过滤、烘干后得到氮化硼纳米-亚微米产品。本专利技术提供的技术方案的原理是基于固体硼源-氮源在加热后发生的复杂非均相反应，随着温度的升高依次发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)将固体硼源、氮源和反应助剂混合，得到混料；/n2)将步骤1)中的混料进行预脱水；/n3)将预脱水后的混料填装入烧结炉，加热反应后得到烧结产物；/n4)将烧结产物依次经过破碎水洗、酸洗、表面活性剂处理、过滤、烘干后得到纳米-亚微米类球形氮化硼。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将固体硼源、氮源和反应助剂混合，得到混料；
2)将步骤1)中的混料进行预脱水；
3)将预脱水后的混料填装入烧结炉，加热反应后得到烧结产物；
4)将烧结产物依次经过破碎水洗、酸洗、表面活性剂处理、过滤、烘干后得到纳米-亚微米类球形氮化硼。


2.根据权利要求1所述的一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，其特征在于，所述硼源为硼酸、偏硼酸、焦硼酸、硼酸铵。


3.根据权利要求1所述的一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，其特征在于，所述氮源为碳氮化合物。


4.根据权利要求1所述的一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，其特征在于，所述反应助剂为碱金属卤化物或碱土金属卤化物。


5.根据权利要求1所述的一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法，其特征在于，所述硼源、氮源和反应助剂按照质量比例为(1.5-5)：1：(0-0.4)混合。


6.根据权利要求1所述的一种纳米-亚微米类...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩宇，王亚娜，倪禹行，杜娜，宋禄勇，孙秀荣，钟文，董明，吕慧，
申请(专利权)人：丹东市化工研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21