【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及先进氮化物陶瓷及其复合陶瓷的高端粉体材料的合成，具体涉及一种树脂辅助雾化成型氮化硼基的复相球形材料的制备方法。
技术介绍
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技术介绍
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1、陶瓷微球因其高导热性、机械强度、耐磨损性和化学稳定性，在材料科学中具有重要应用潜力。它们能显著提升电子封装和汽车工业的导热性能，增强复合材料的强度与耐磨性，并用作催化剂载体。生物医学领域中的3d打印仿生材料和高温、腐蚀环境中的涂层材料也能受益于陶瓷微球的优异性能。开发新型陶瓷微球及其复合材料将推动相关行业的技术进步与创新。
2、目前，氮化硼基复合相陶瓷微球颗粒的研究和开发相对较少，尽管球形陶瓷颗粒在许多领域具有很高的应用潜力和优势。事实上，将氮化硼与其他氮化物(如si3n4或aln)或者氧化物制备成复相微球面临着诸多挑战，主要在于未能找到有效的结合策略或粘接性原料。由于bn颗粒表面和其他氮化物或者氧化物颗粒表面具有非常高的化学惰性，在高温下难以进行有效的传质结合，使得开发含有氮化硼成分的复合相微球陶瓷颗粒难以被制备和开发，这极大地限制了氮化硼基陶瓷微球颗粒的发展。因此，开发新方法来克服这些困难，制备具有优异性能的含有bn成分的氮化物复相陶瓷微球以开拓氮化硼和其复合陶瓷的广泛应用，显得尤为重要。这不仅能够填补当前技术空白，还将为氮化物陶瓷的应用提供显著的更广阔的便利和宽泛的实用性。
3、针对上述问题，本专利技术提出了一种创新的方法，利用一种能够在低温下充当喷雾颗粒粘接剂且在高温下能氮化形成氮化物颗粒彼此进行连接的氮化硼框架的前驱体树脂。在这
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术旨在提供一种树脂辅助雾化成型氮化硼基的复相球形材料的制备方法。借助喷雾造粒技术，将这种树脂作为粘接剂把其他陶瓷颗粒进行团聚连接形成球型前驱体，在高温下利用该树脂热解形成氮化硼相，并通过热解氮化过程，使前驱体球形中的其他氮化物或者氧化物颗粒与氮化硼在它们的颗粒边缘/外表面上氮化成键或者形成共价键合作用，从而形成形貌不变的致密的氮化硼基的复相球形颗粒。
2、实现本专利技术的目的的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种树脂辅助雾化成型氮化硼基的复相球形材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、(1)将含醛基有机物水溶液、含氨基化合物、含硼氧化合物、水在加热条件下混合均匀，得到高流动性的均匀液态树脂；所述均匀液态树脂的粘度大于水的粘度，且粘度不大于50mpa·s；
5、(2)将氮化物粉体或纳米氧化物加入到以上的均匀液态树脂中，搅拌均匀后，得到含有氮化物粉体或者纳米氧化物的固含量介于10wt％-30wt％的和粘度介于500-3000mpa·s的混合浆料；
6、(3)将混合浆料进行雾化颗粒干燥成型，之后再在100-500℃下进行热烘干处理后得到具有球形形貌特征的复合相球形前驱体颗粒粉体；
7、(4)将复合相球形前驱体颗粒粉体在1100-1800℃的温度范围内的保护气氛环境中进行热处理，使得树脂成分经过高温热解-并发生原位氮化反应后转变为氮化硼相，得到氮化硼基的复相球形材料。
8、进一步地，步骤(1)中，额外加入水的量(以毫升为计量单位)与醛基化有机物水溶液的量(以毫升为计量单位)的比例值的范围为0.5-5；含氨基化合物与含硼氧化合物的摩尔比例为1：(0.2-2)；加热温度为45℃～95℃，均匀搅拌0.2～96小时获得均匀液态树脂为止。
9、步骤(2)中的固含量是指氮化物粉体或者纳米氧化物的质量占总混合物质量的比例。
10、进一步地，步骤(3)中，将温度保持在25℃～90℃范围内的混合型液态树脂以蠕动进料速度为1ml/min-50ml/min鼓入到温度范围为120℃～300℃的以空气为热风干气流的雾化干燥造粒机内进行雾化颗粒干燥成型，得到蓬松的略带水分的白色粉末，继续在100℃～500℃的热气流烘箱内进行热烘干处理1-48小时后，得到具有球形形貌特征的复合相球形前驱体颗粒粉体。
11、优选所述步骤(3)中的热烘干处理的升温/降温速率范围为1-20℃/min，热烘干气流是空气、氮气或者空气含量不高于5％体积比例的氮气和空气的混合气体。
12、进一步地，所述步骤(1)中的含醛基有机物水溶液是甲醛或乙醛溶解于水溶剂所形成的溶液；其中，甲醛或乙醛在水中的含量不低于30wt.％；
13、含硼氧化合物是三氧化二硼、硼酸或者硼砂中的至少一种。
14、进一步地，所述步骤(1)中的含氨基化合物为含有氨基基团的含氮类化合物，为含有胍类的化合物、含唑类含氮化合物、含三嗪类含氮化合物中的至少一种；所述含有胍类的化合物为碳酸胍、氰基胍、氨基胍、氨基胍碳酸氢盐中的至少一种。
15、所述含唑类含氮化合物为3-氨基-1,2,4-三氮唑，所述含三嗪类含氮化合物为三聚氰胺；
16、为含三嗪类含氮化合物或者含唑类含氮化合物时体系中加入有交联抑制剂，使体系不发生结块，保持均匀液态树脂状态。
17、进一步地，所述氮化物粉体为氮化硼纳米片、氮化硼纳米颗粒、无定形氮化硼粉体、氮化硼微米或者纳米纤维、商业氮化硼粉体、氮化铝微米或者纳米粉体、氮化硅微米或者纳米粉体中的至少一种；所述纳米氧化物为氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化镧、氧化钼、氧化铈、氧化锆、氧化钇或者氧化镁中的至少一种。
18、进一步地，所述的商业氮化硼粉体的颗粒平面尺寸分布范围为5～30微米；所述的氮化铝微米粉体的颗粒平均尺寸为1-10微米；所述的氮化硅微米粉体的颗粒平均尺寸为1-10微米。
19、进一步地，所述步骤(4)中，热处理的升温/降温速率为5-100℃/min，气流流速为10-2000ml/min，保护气氛为氮气、氨气+氮气或者氨气；
20、其中，在1500-1800℃温度范围内的热处理的气氛为氮气；
21、其中，在1100-1400℃温度范围内的热处理的气氛为氨气或者氨气+氮气。
22、第二方面，本专利技术提供一种树脂辅助雾化成型氮化硼基的复相球形材料，采用所述的制备方法获得，氮化硼基的复相球形材料为氮化硼和氮化铝的复合相球形颗粒、氮化硼和氮化硅的复合相球形颗粒、氮化硼和氮化硼的复合相球形颗粒或者氮化硼和氧化物的复合相球形颗粒，其氮化硼相为六方氮化硼相。
23、本专利技术氮化硼基的复相球形材料的粒径分布范围为从几微米延伸到超过一百微米，且球形颗粒具有球形度高、纯度高以及复相连接牢固和致密。
24、本专利技术中所涉及到的喷雾干燥机是工业级别常用的雾化干燥造粒机，不存在对设备的改造和修改。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、本专利技术提供的树脂能够直接在高温下转变成氮化硼(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种树脂辅助雾化成型氮化硼基的复相球形材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，额外加入水的量(以毫升为计量单位)与醛基化有机物水溶液的量(以毫升为计量单位)的比例值的范围为0.5-5；含氨基化合物与含硼氧化合物的摩尔比例为1：(0.2-2)；加热温度为45℃～95℃，均匀搅拌0.2～96小时获得均匀液态树脂为止；步骤(2)中的固含量是指氮化物粉体或者纳米氧化物的质量占总混合物质量的比例。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将温度保持在25℃～90℃范围内的混合型液态树脂以蠕动进料速度为1mL/min-50mL/min鼓入到温度范围为120℃～300℃的以空气为热风干气流的雾化干燥造粒机内进行雾化颗粒干燥成型，得到蓬松的略带水分的白色粉末，继续在100℃～500℃的热气流烘箱内进行热烘干处理1-48小时后，得到具有球形形貌特征的复合相球形前驱体颗粒粉体；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的含醛基有机物水溶液是甲醛
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的含氨基化合物为含有氨基基团的含氮类化合物，为含有胍类的化合物、含唑类含氮化合物、含三嗪类含氮化合物中的至少一种；所述含有胍类的化合物为碳酸胍、氰基胍、氨基胍、氨基胍碳酸氢盐中的至少一种；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化物粉体为氮化硼纳米片、氮化硼纳米颗粒、无定形氮化硼粉体、氮化硼微米或者纳米纤维、商业氮化硼粉体、氮化铝微米或者纳米粉体、氮化硅微米或者纳米粉体中的至少一种；所述纳米氧化物为氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化镧、氧化钼、氧化铈、氧化锆、氧化钇或者氧化镁中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的商业氮化硼粉体的颗粒平面尺寸分布范围为5～30微米；所述的氮化铝微米粉体的颗粒平均尺寸为1-10微米；所述的氮化硅微米粉体的颗粒平均尺寸为1-10微米。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，热处理的升温/降温速率为5-100℃/min，气流流速为10-2000ml/min，保护气氛为氮气、氨气+氮气或者氨气；
9.一种树脂辅助雾化成型氮化硼基的复相球形材料，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的制备方法获得，氮化硼基的复相球形材料为氮化硼和氮化铝的复合相球形颗粒、氮化硼和氮化硅的复合相球形颗粒、氮化硼和氮化硼的复合相球形颗粒或者氮化硼和氧化物的复合相球形颗粒，其氮化硼相为六方氮化硼相。
10.根据权利要求9所述的复相球形材料，其特征在于，氮化硼基的复相球形材料的粒径分布范围为从几微米延伸到超过一百微米。
...【技术特征摘要】
1.一种树脂辅助雾化成型氮化硼基的复相球形材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，额外加入水的量(以毫升为计量单位)与醛基化有机物水溶液的量(以毫升为计量单位)的比例值的范围为0.5-5；含氨基化合物与含硼氧化合物的摩尔比例为1：(0.2-2)；加热温度为45℃～95℃，均匀搅拌0.2～96小时获得均匀液态树脂为止；步骤(2)中的固含量是指氮化物粉体或者纳米氧化物的质量占总混合物质量的比例。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将温度保持在25℃～90℃范围内的混合型液态树脂以蠕动进料速度为1ml/min-50ml/min鼓入到温度范围为120℃～300℃的以空气为热风干气流的雾化干燥造粒机内进行雾化颗粒干燥成型，得到蓬松的略带水分的白色粉末，继续在100℃～500℃的热气流烘箱内进行热烘干处理1-48小时后，得到具有球形形貌特征的复合相球形前驱体颗粒粉体；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的含醛基有机物水溶液是甲醛或乙醛溶解于水溶剂所形成的溶液；其中，甲醛或乙醛在水中的含量不低于30wt.％；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的含氨基化合物为含有氨基基团的含氮类化合物，为含有胍类的化合物、含唑类含氮化合物、含三嗪类含氮化合物中的至...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛彦明，牛子峰，李博，吴微龙，孟露，马世杰，陈吴冉，唐成春，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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