一种六方氮化硼及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及六方氮化硼的技术领域，具体涉及一种六方氮化硼及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的六方氮化硼的制备方法，首先在水蒸气环境下，将含氮化合物、含硼化合物和结晶助剂混合发生反应，生成了含有结晶助剂的氮‑硼中间产物，然后在非氧化气氛下，将所述含有结晶助剂的氮‑硼中间产物进行烧结，得到所述六方氮化硼；本发明专利技术添加结晶助剂，在非氧化气氛下起到了氮化硼六角网络层间秩序促进剂的作用。由实施例和应用例的结果可知，本发明专利技术制备得到的六方氮化硼晶型完整，呈现层片状结构，尺寸大，结晶度高，纯度大于99.5％；作为导热填料时，填充率最高为62％，导热率最高为3.4W/mK。

【技术实现步骤摘要】
一种六方氮化硼及其制备方法和应用
本专利技术涉及六方氮化硼的
，具体涉及一种六方氮化硼及其制备方法和应用。
技术介绍
六方氮化硼(h-BN)是一种由氮化硼六角网络迭层形成的类似于石墨结构的化合物，具有优异的热传导性、电绝缘性、耐热性、耐腐蚀性、化学稳定性以及润滑性。h-BN在粉末状态下可用作固体润滑剂、耐热脱模剂以及立方氮化硼的原料等，h-BN热压烧结后的陶瓷体也可以用作坩埚、电绝缘材料以及各种电子材料。众所周知，由于集成电路板的器件配件在工作运行过程中产热而形成相应的热源，必须配备热阱，以去除热源产生的热。然而，热源与热阱之间的接触热阻止了热阱的散热效率。在集成电路板组装期间，通常涂覆一层含有导热填料的导热膏或蜡，在热源和热阱之间建立一个低热阻通道。目前，导热填料可以分为两大类：一种是热导、电绝缘类，例如，氧化铝、氧化镁、氧化锌以及氮化铝等；另一种是热导、电导类，例如，金、银、铜、铁以及镁等。由于h-BN具有优异的热传导性、电绝缘性、耐热性、耐腐蚀性、化学稳定性以及润滑性，理论上，六方氮化硼非常适用于制备导热填料。现有的h-BN工业制造方法包括：(1)氧化硼还原氮化法；(2)单质硼氮化法；(3)硼的卤化物还原氮化法等。利用这些方法制得的h-BN多为晶体尺寸较小的鳞片状结构且结晶度低，作为导热填料时，由于晶体尺寸较小，主要以团聚物的形式存在，由于团聚颗粒之间润滑度不够，导致体系粘度增大，大大限制h-BN作为导热材料的添加量，同时团聚物中会存在大量空隙，形成较大比表面积，吸附游离的聚合物，降低体系导热率；由于鳞片状结构，加剧了h-BN的各向异性，在垂直于C轴的方向上有较高的热导率，而平行于C轴方向上有较低的热导率，进而导致在作为导热填料时，其真实导热率低于其理论热导率；而且，结晶度较差的h-BN粉体不稳定，极易在潮湿的空气中分解，生成氨气和氧化硼，氧化硼杂质的存在不仅会影响体系的凝固点，同时还会隔断氮化硼之间的链接，导致h-BN作为导热填料时难以获得高的热负载量，而高的热负载量是提高热导率的必备条件。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种六方氮化硼及其制备方法和应用，由本专利技术提供的六方氮化硼的制备方法得到的六方氮化硼具有结晶度好，尺寸大的特点，其作为导热填料时，六方氮化硼的填充量为40％(占基体树脂的质量分数40％)时，导热率至少为2.1W/mK。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术提供了一种六方氮化硼的制备方法，包括以下步骤：在水蒸气环境下，将含氮化合物、含硼化合物和结晶助剂混合发生反应，得到含有结晶助剂的氮-硼中间产物；在非氧化气氛下，将所述含有结晶助剂的氮-硼中间产物进行烧结，得到所述六方氮化硼；所述结晶助剂包括碱金属硼酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硼酸盐、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐和碱土金属硫酸盐中的一种或多种。优选的，所述含氮化合物中的氮和含硼化合物中的硼的摩尔比为5:1～1:5，所述结晶助剂的质量为所述含硼化合物和含氮化合物的总质量的1～20％。优选的，所述含氮化合物包括三聚氰胺、三聚氰酸二酰胺、三聚氰胺一酰胺、蜜白胺、二聚二氰亚胺、双氰胺和尿素中的一种或多种。优选的，所述含硼化合物包括原硼酸、偏硼酸、四硼酸、三氧化二硼、二氧化二硼、三氧化四硼、五氧化四硼、三氯化硼、硼砂、硼酸铵、乙硼烷和氟硼酸钾中的一种或多种。优选的，所述混合的温度为50～100℃，所述水蒸气环境的湿度为50～90％。优选的，所述混合在搅拌的条件下进行；所述搅拌的速率为300～700rpm，所述搅拌的时间为3～12h。优选的，所述非氧化气氛为氮气气氛、氩气气氛或氨气气氛；所述烧结的温度为1700～2000℃，所述烧结的时间为8～12h。本专利技术提供了上述技术方案中的制备方法制备得到的六方氮化硼，所述六方氮化硼为层片状结构，所述六方氮化硼的平均粒径为20～40μm，平均厚度为1～3μm。优选的，在XRD粉末衍射图谱中，所述六方氮化硼的(102)晶面和(002)晶面衍射峰的强度比大于100:3。本专利技术提供了上述技术方案中所述六方氮化硼在导热填料中的应用。本专利技术提供了一种六方氮化硼的制备方法，包括以下步骤：在水蒸气环境下，将含氮化合物、含硼化合物和结晶助剂混合发生反应，得到含有结晶助剂的氮-硼中间产物；在非氧化气氛下，将所述含有结晶助剂的氮-硼中间产物进行烧结，得到所述六方氮化硼；所述结晶助剂包括碱金属硼酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硼酸盐、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐和碱土金属硫酸盐中的一种或多种。本专利技术首先在水蒸气环境下，将含氮化合物、含硼化合物和结晶助剂混合，发生配位反应和中和反应，生成了含有结晶助剂的氮-硼中间产物，降低了在烧结过程六方氮化硼生成的能量壁垒，加速了氮原子和硼原子在垂直于C轴的方向相间排列成六角环状网络；在结晶助剂的作用下，氮原子和硼原子相间排列成的六角环状网络结构在平行于C轴方向上进行叠层和有序化，最终生成为大尺寸层片状六方氮化硼晶体。本专利技术以碱金属硼酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硼酸盐、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐和碱土金属硫酸盐中的一种或多种作为结晶助剂，化学活性强，在非氧化气氛下，起到了氮原子和硼原子相间排列形成的六角环状网络层间秩序促进剂的作用。本专利技术在含氮化合物和含硼化合物在发生配位反应过程中通过中和反应接枝了结晶助剂，生成了含有结晶助剂的氮-硼中间产物，使结晶助剂在微观层面上与氮-硼中间产物充分接触，更有利于发挥六方氮化硼六角网络层间秩序促进的作用，提高了大尺寸层片状六方氮化硼晶体的结晶度。由实施例和应用例的结果可知，本专利技术制备得到的六方氮化硼晶型完整，呈现层片状结构，平均粒径为20～40μm，平均厚度为1～3μm，尺寸大，在XRD粉末衍射图谱中，(102)晶面和(002)晶面衍射峰的强度比大于100:3，结晶度高，纯度大于99.7％；作为导热填料时，填充率最高为62％，导热率最高为3.4W/mK，明显优异于市售产品。附图说明图1为实施例1制得的六方氮化硼的扫描电镜图；图2为实施例1制得的六方氮化硼的X射线衍射图；图3为实施例2制得的六方氮化硼的扫描电镜图；图4为市售六方氮化硼(淄博晶亿陶瓷科技有限公司，TW-05)产品的扫描电镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种六方氮化硼的制备方法，包括以下步骤：在水蒸气环境下，将含氮化合物、含硼化合物和结晶助剂混合发生反应，得到含有结晶助剂的氮-硼中间产物；在非氧化气氛下，将所述含有结晶助剂的氮-硼中间产物进行烧结，得到所述六方氮化硼；所述结晶助剂包括碱金属硼酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硼酸盐、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐和碱土金属硫酸盐中的一种或多种。在本专利技术中，若无特殊说明，所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六方氮化硼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在水蒸气环境下，将含氮化合物、含硼化合物和结晶助剂混合发生反应，得到含有结晶助剂的氮-硼中间产物；/n在非氧化气氛下，将所述含有结晶助剂的氮-硼中间产物进行烧结，得到所述六方氮化硼；/n所述结晶助剂包括碱金属硼酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硼酸盐、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐和碱土金属硫酸盐中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种六方氮化硼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在水蒸气环境下，将含氮化合物、含硼化合物和结晶助剂混合发生反应，得到含有结晶助剂的氮-硼中间产物；
在非氧化气氛下，将所述含有结晶助剂的氮-硼中间产物进行烧结，得到所述六方氮化硼；
所述结晶助剂包括碱金属硼酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硼酸盐、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐和碱土金属硫酸盐中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮化合物中的氮和含硼化合物中的硼的摩尔比为5:1～1:5，所述结晶助剂的质量为所述含硼化合物和含氮化合物的总质量的1～20％。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述含氮化合物包括三聚氰胺、三聚氰酸二酰胺、三聚氰胺一酰胺、蜜白胺、二聚二氰亚胺、双氰胺和尿素中的一种或多种。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述含硼化合物包括原硼酸、偏硼酸、四硼酸、三氧化二硼、二氧化二硼、三氧化四硼、五氧化四硼、三氯化硼、硼砂、硼酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯广生，褚宗富，黄小红，
申请(专利权)人：山东晶亿新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37