六方氮化硼的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種六方氮化硼的制備方法，包括將硼源和氮源混合均勻，得到硼源和氮源的混合物，其中，所述硼源為硼酸、偏硼酸或氧化硼，所述氮源為三聚氰胺、氯化銨、溴化銨或尿素；在保護(hù)氣體氣氛中，將所述混合物加熱至500℃～900℃，并于500℃～900℃下保溫5小時(shí)～20小時(shí)；及將保溫后的所述混合物進(jìn)行研磨，得到所述六方氮化硼的步驟。上述六方氮化硼的制備方法所使用的硼源和氮源均為易分解、殘留較少的材料，避免了使用金屬硼化物引入金屬雜質(zhì)粒子和后續(xù)繁瑣的酸洗、水洗步驟，工藝簡單，反應(yīng)后進(jìn)行研磨即可使用，且無需高溫下進(jìn)行反應(yīng)，能耗低，生產(chǎn)成本低。
【專利說明】六方氮化硼的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種六方氮化硼的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]六方氮化硼是一種類石墨結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料，它由于具有耐高溫、高導(dǎo)熱率、耐輻射、耐腐蝕、高溫潤滑及優(yōu)異的低介電和絕緣性能，因此在各個(gè)重要領(lǐng)域，如電子封裝產(chǎn)業(yè)、宇航、國防及核工業(yè)都有著較好的應(yīng)用。高純度微米級六方氮化硼粉末，尤其是在制備高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料、低熱膨脹系數(shù)底填復(fù)合材料及低介電電子基板材料等方面均有巨大的應(yīng)用前景。
[0003]已知合成六方氮化硼材料的方法較多，然而方法上存在幾個(gè)對產(chǎn)業(yè)化不利的缺陷:
[0004](I)超高的溫度(1000°C以上)增大了能源的浪費(fèi)和工業(yè)成本；
[0005](2)雜質(zhì)的引入導(dǎo)致產(chǎn)品不純，需要進(jìn)行繁瑣的后續(xù)酸洗、水洗、過濾及烘干工藝，會導(dǎo)致生產(chǎn)工藝變得復(fù)雜。這種雜質(zhì)的引入往往有兩種，一是使用硼源及氮源引入的雜質(zhì)原子，如鈉、鈣、鉀等金屬原子。二是生產(chǎn)工藝中所添加的組分，如生產(chǎn)過程中需要利用到鎂粉作為還原劑，因此在后續(xù)工藝中需要用質(zhì)量濃度為10%的稀鹽酸和去離子水反復(fù)洗滌，且后續(xù)需要在120°c下長時(shí)間烘干。或者，需要使用氯化鈉、硫酸鈣、碳酸鈣等結(jié)晶助劑，因此后續(xù)工藝中同樣需要類似工藝的酸洗、水洗和烘干步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要提供一種工藝簡單、無需高溫的六方氮化硼的制備方法。
[0007]一種六方氮化硼的制備方法，包括如下步驟:
[0008]將硼源和氮源混合均勻，得到硼源和氮源的混合物，其中，所述硼源為硼酸、偏硼酸或氧化硼，所述氮源為三聚氰胺、氯化銨、溴化銨或尿素；
[0009]在保護(hù)氣體氣氛中，將所述混合物加熱至500°C~900°C，并于500°C~900°C下保溫5小時(shí)~20小時(shí) '及
[0010]將保溫后的所述混合物進(jìn)行研磨，得到所述六方氮化硼。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述硼源和氮源的摩爾比為1:1~40。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將硼源和氮源混合均勻的步驟具體為:將所述硼源和氮源進(jìn)行固相研磨混合均勻。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將硼源和氮源混合均勻的步驟具體為:將硼源和氮源進(jìn)行混合后加入溶劑，攪拌，使硼源和氮源混合均勻，并進(jìn)行干燥。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將硼源和氮源混合均勻的步驟之前，還包括將所述硼源和氮源進(jìn)行干燥的步驟。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)行干燥的步驟是將所述硼源和氮源于60V~100°C下干燥6小時(shí)~24小時(shí)。[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在保護(hù)氣體氣氛中，將所述混合物加熱至5 O (TC~900°C的步驟中，升溫速率為5°C / min~20°C / min。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在保護(hù)氣體氣氛中，將所述混合物加熱至500°C~9000C，并于500°C~900°C下保溫5小時(shí)~20小時(shí)的步驟中，將所述混合物加熱至600°C~800°C，并于600°C~800°C下保持8小時(shí)~15小時(shí)。
[0018]上述六方氮化硼的制備方法所使用的硼源和氮源均為易分解、殘留較少的材料，避免了使用金屬硼化物引入金屬雜質(zhì)粒子和后續(xù)繁瑣的酸洗、水洗步驟，工藝簡單，反應(yīng)后進(jìn)行研磨即可使用，且無需高溫下進(jìn)行反應(yīng)，能耗低，生產(chǎn)成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為一實(shí)施方式的六方氮化硼的制備方法的流程圖；
[0020]圖2~圖5為實(shí)施例1制備的六方氮化硼的掃描電鏡圖；
[0021 ] 圖6為標(biāo)準(zhǔn)六方氮化硼的XRD譜圖；
[0022]圖7為實(shí)施例1制備的六方氮化硼的XRD譜圖；[0023]圖8為實(shí)施例1制備的六方氮化硼與標(biāo)準(zhǔn)六方氮化硼的FT-1R對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0025]請參閱圖1，一實(shí)施方式的六方氮化硼的制備方法，包括如下步驟SllO~步驟S130。
[0026]步驟SllO:將硼源和氮源混合均勻，得到硼源和氮源的混合物，其中，硼源為硼酸、偏硼酸或氧化硼，氮源為三聚氰胺、氯化銨、溴化銨或尿素。
[0027]上述硼源和氮源均為易分解的物質(zhì)，使得后續(xù)反應(yīng)無需在高溫下進(jìn)行，且硼源和氮源分解后，硼元素和氮元素反應(yīng)生成氮化硼，雜質(zhì)殘留較少。并且，上述硼源和氮源的價(jià)格較低，有利于降低六方氮化硼的制備成本。
[0028]優(yōu)選地，硼源和氮源的摩爾比為1:1~40。選用上述摩爾比1:1~40，有利于生成標(biāo)準(zhǔn)的六方的氮化硼。更優(yōu)選地，硼源和氮源的摩爾比為1:1~15。
[0029]在一實(shí)施方式中，將硼源和氮源混合均勻的步驟具體為:將硼源和氮源進(jìn)行固相研磨混合均勻。
[0030]在另一實(shí)施方式中，將硼源和氮源進(jìn)行混合后加入溶劑，攪拌，使硼源和氮源混合均勻，并進(jìn)行干燥。
[0031]溶劑選用易除去的溶解，如乙醇、水等。優(yōu)選地，溶劑的體積與硼源和氮源的質(zhì)量之和的比值為20mL~50mL: IOg~23g。
[0032]優(yōu)選地，將硼源和氮源進(jìn)行混合均勻之前，還包括分別將硼源和氮源進(jìn)行干燥的步驟。分別將硼源和氮源于60°C~100°C下干燥8小時(shí)~24小時(shí)后，再進(jìn)行混合均勻。
[0033]進(jìn)行干燥后再稱取并使用硼源和氮源，以免由于硼源和氮源吸收水分而導(dǎo)致原料配比不準(zhǔn)，從而影響生產(chǎn)的可靠性。
[0034]步驟S120:在保護(hù)氣體氣氛中，將混合物加熱至500°C~900°C，并于500°C~900°C下保溫5小時(shí)~20小時(shí)。
[0035]保護(hù)氣體氣氛為氮?dú)饣蚨栊詺怏w形成的氣氛。惰性氣體為氬氣或氦氣等。在保護(hù)氣體氣氛中進(jìn)行反應(yīng)，以隔絕氧氣。
[0036]優(yōu)選地，將混合物加熱至600°C~800°C，并于600°C~800°C下保持8小時(shí)~15小時(shí)。
[0037]優(yōu)選地，加熱過程中，升溫速率為5°C / min~20°C / min。采用該升溫速率有利于生成純度較高的六方氮化硼。
[0038]步驟S130:將保溫后的混合物進(jìn)行研磨，得到六方氮化硼。
[0039]將該混合物于500°C~900°C下保溫5小時(shí)~20小時(shí)后，生成六方氮化硼，為了進(jìn)一步降低六方氮化硼的粒度，進(jìn)行研磨，得到符合粒度要求的六方氮化硼。
[0040]經(jīng)上述步驟SllO和步驟S120生成的產(chǎn)物的純度很高，無需經(jīng)過繁瑣的分離純化步驟，經(jīng)過簡單的研磨后即可使用。工藝簡單，制備效率高。
[0041]上述六方氮化硼的制備方法所使用的硼源和氮源均為易分解、殘留較少的材料，避免了使用金屬硼化物引入金屬雜質(zhì)粒子和后續(xù)繁瑣的酸洗、水洗步驟，工藝簡單，反應(yīng)后研磨即可使用，所生成的六方氮化硼的純度較高；并且，無需高溫下進(jìn)行反應(yīng)，能耗低，對設(shè)備要求低,生產(chǎn)成本低。
[0042]上述六方氮化硼的制備方法無需使用催化劑、結(jié)晶助劑等助劑，有利于降低成本。
[0043]以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述。
[0044]實(shí)施例1
[0045]制備六方氮化硼
[0046]1、配料:利用電子天平分別稱取硼酸5g和三聚氰胺20g，將硼酸和三聚氰胺于80°C下干燥24小時(shí)，待用；
[0047]2、混勻:使用固相研磨的方式，將硼酸和三聚氰胺充分混勻，得到硼源和氮源的混合物，將硼源和氮源的混合物裝入坩堝中；
[0048]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氬氣氣氛下，以8°C / min的升溫速率升溫至600°C，并在600°C下保持12個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。
[0049]由圖2~圖5可以看出，實(shí)施例1制備的六方氮化硼粉末由1-3微米左右片狀和納米級小顆粒而組成。
[0050]由圖6和圖7可看出，實(shí)施例1制備的六方氮化硼與標(biāo)準(zhǔn)六方氮化硼相比，都具有位于267°的h-BN(002)晶面以及位于415°的h_BN(100)晶面，因此可以證明實(shí)施例1制備的產(chǎn)品為六方氮化硼，然而峰的形狀和強(qiáng)度差異較大，主要是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)六方氮化硼為微米片狀，暴露的(002)面較多。
[0051]由圖8可以看出，實(shí)施例1制備的六方氮化硼與標(biāo)準(zhǔn)六方氮化硼的紅外峰位置及其強(qiáng)度基本吻合，譜圖中位于814和1375CHT1處的峰由B-N鍵的彎曲振動引起，這兩個(gè)峰在實(shí)施例1制備的六方氮化硼和標(biāo)準(zhǔn)六方氮化硼中均有明顯體現(xiàn)，并且都不具有其他雜質(zhì)的信號，因此結(jié)合SEM和XRD分析，完全可以判斷實(shí)施例1制備的產(chǎn)品為六方相氮化硼。[0052]實(shí)施例2
[0053]制備六方氮化硼
[0054]1、配料:利用電子天平分別稱取偏硼酸3g和尿素Sg，將偏硼酸和尿素于90°C下干燥24小時(shí)，待用；
[0055]2、混勻:將偏硼酸和尿素進(jìn)行混合后加入20ml 7jC,充分?jǐn)嚢?h，然后烘干，得到偏硼酸和尿素的混合物，將偏硼酸和尿素的混合物裝入坩堝中；
[0056]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氬氣氣氛下，以8°C / min的升溫速率升溫至800°C，并在800°C下保持9個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。 [0057]實(shí)施例3
[0058]1、配料:利用電子天平分別稱取氧化硼4g和氯化銨9g，將氧化硼和氯化銨于60°C下干燥24小時(shí),待用；
[0059]2、混勻:將氧化硼和氯化銨進(jìn)行混合后加入20ml 7jC,充分?jǐn)嚢?h，然后烘干，得到氧化硼和氯化銨的混合物，將氧化硼和氯化銨的混合物裝入坩堝中；
[0060]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氮?dú)鈿夥障拢?V / min的升溫速率升溫至700°C，并在700°C下保持11個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。
[0061]實(shí)施例4
[0062]1、配料:利用電子天平分別稱取硼酸6g和溴化銨23g，將硼酸和溴化銨于60°C下干燥24小時(shí),待用；
[0063]2、混勻:使用固相研磨的方式，將硼酸和溴化銨充分混勻，得到硼酸和溴化銨的混合物，將硼酸和溴化銨的混合物裝入坩堝中；
[0064]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氬氣氣氛下，以8V / min的升溫速率升溫至500°C，并在500°C下保持14個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。
[0065]實(shí)施例5
[0066]1、配料:利用電子天平分別稱取氧化硼4g和溴化銨13g，將氧化硼和溴化銨于60°C下干燥24小時(shí)，待用；
[0067]2、混勻:使用固相研磨的方式，將氧化硼和溴化銨充分混勻，得到氧化硼和溴化銨的混合物，將氧化硼和溴化銨的混合物裝入坩堝中；
[0068]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氮?dú)鈿夥障?，?°C / min的升溫速率升溫至900°C，并在900°C下保持9個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。
[0069]實(shí)施例6
[0070]1、配料:利用電子天平分別稱取硼酸4g和溴化銨19g，將硼酸和溴化銨于70°C下干燥18小時(shí)，待用；
[0071]2、混勻:將硼酸和溴化銨進(jìn)行混合后加入50ml水，攪拌3h混勻后，烘干，得到硼酸和溴化銨的混合物，將硼酸和溴化銨的混合物裝入坩堝中；
[0072]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氮?dú)鈿夥障?，?8°c / min的升溫速率升溫至900°C，并在900°C下保持10個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。
[0073]實(shí)施例7
[0074]1、配料:利用電子天平分別稱取偏硼酸6g和氯化銨3664g，將偏硼酸和氯化銨于100°C下干燥8小時(shí)，待用；
[0075]2、混勻:將偏硼酸和氯化銨進(jìn)行混合后加入50ml水，充分?jǐn)嚢?h，然后烘干，得到偏硼酸和氯化銨的混合物，將偏硼酸和氯化銨的混合物裝入坩堝中；
[0076]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氮?dú)鈿夥障?，?0C / min的升溫速率升溫至500°C，并在500°C下保持20個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。
[0077]實(shí)施例8
[0078]1、配料:利用電子天平分別稱取硼酸4g和尿素480485g，將硼酸和尿素于80°C下干燥20小時(shí)，待用；[0079]2、混勻:使用固相研磨的方式，將硼酸和尿素充分混勻在一起，得到硼源和氮源的混合物，將硼源和氮源的混合物裝入坩堝中；
[0080]3、反應(yīng)過程:將坩堝置于管式爐中，并設(shè)置好管式爐參數(shù)，在氮?dú)鈿夥障?，?00C / min的升溫速率升溫至900°C，并在900°C下保持15個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行研磨得到六方氮化硼。
[0081]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種六方氮化硼的制備方法，包括如下步驟: 將硼源和氮源混合均勻，得到硼源和氮源的混合物，其中，所述硼源為硼酸、偏硼酸或氧化硼，所述氮源為三聚氰胺、氯化銨、溴化銨或尿素； 在保護(hù)氣體氣氛中，將所述混合物加熱至500°c~900°C，并于500°C~900°C下保溫5小時(shí)~20小時(shí)；及 將保溫后的所述混合物進(jìn)行研磨，得到所述六方氮化硼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述硼源和氮源的摩爾比為1:1~40。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述將硼源和氮源混合均勻的步驟具體為:將所述硼源和氮源進(jìn)行固相研磨混合均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述將硼源和氮源混合均勻的步驟具體為:將硼源和氮源進(jìn)行混合后加入溶劑，攪拌，使硼源和氮源混合均勻，并進(jìn)行干燥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述將硼源和氮源混合均勻的步驟之前，還包括將所述硼源和氮源進(jìn)行干燥的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的六方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述進(jìn)行干燥的步驟是將所述硼源和氮源 于60V~100°C下干燥8小時(shí)~24小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述在保護(hù)氣體氣氛中，將所述混合物加熱至500°C~900°C的步驟中，升溫速率為5°C / min~20°C / min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述在保護(hù)氣體氣氛中，將所述混合物加熱至500°C~900°C，并于500°C~900°C下保溫5小時(shí)~20小時(shí)的步驟中，將所述混合物加熱至600°C~800°C，并于600°C~800°C下保持8小時(shí)~15小時(shí)。
【文檔編號】C01B21/064GK103910344SQ201410112698
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】孫蓉, 黃 良, 朱朋莉 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院