[发明专利]一种亚稳态立方相氮化硼e-BN纳米粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，具体的是涉及制备一种亚稳态立方相氮化硼e-BN纳米粉的制备方法。

背景技术

氮化硼(BN)是一种III-V族共价键化合物，它不仅具有良好的电绝缘性和高的导热性能，而且还具有很强的化学稳定性。在高温条件下也具有良好的润滑性，同时氮化硼还具有很强的中子吸收能力。随着对氮化硼的不断研究，人们还发现不同结构的氮化硼还有很多的优良特性。氮化硼具有六方相(h-BN)和立方相(c-BN)等结构，近年来又发现了e-BN结构^[1]，其中e是explosion的缩写。

e-BN和c-BN、w-BN类似，都属于高压相。立方氮化硼(c-BN)和金刚石一样，是集许多优异性能于一身的多功能高温高压相材料，如超群的高硬度、高热导、高电阻、抗高温氧化性、非常好的化学稳定性、全光谱波段的透过性等。由于它与铁不发生化学反应，又是既可n型掺杂也可p型掺杂的宽禁带半导体材料，所以在机械加工和电子学两大方面的应用都优于金刚石(能与铁反应，只能p型掺杂)。但是，e-BN作为一种新的亚稳态立方相，其具体性质目前还没有明确探知。

立方相BN传统的合成方法可分为化学气相沉积方法和高温高压合成方法两大类^[2]。其中高温高压方法一般是以h-BN为原料。各种新的制备方法不断出现，并且向着低温低压、简便可行的方向发展，由此发展出了许多新的具有很大发展潜力得合成方法，如水热合成法^[3]、苯热合成法^[4-5]、新的化学气相沉积法^[6-8]、自蔓延法^[9]、碳热合成法^[10]、离子束溅射技术法^[11]、激光诱发还原法^[12-13]等。

之前，有报道在脉冲激光诱导液/固界面反应中发现有e-BN^[14]，该反应在室温、室压下进行，合成的产物为近似球状e-BN纳米晶，粒径在30～80nm。另有报道液相合成制备出e-BN^[15]，该实验用红外分析和X射线衍射分析对其进行了分析，得到结果与文献报道相符合，并提出一种假设的B₁₂N₁₂模型结构，通过计算得到了其晶胞参数、密度等参数、弹性模量。还有报道用射频磁控溅射方法制备出e-BN薄膜^[16]，并对e-BN的亚稳态进行的描述和证明，表明e-BN为高压相，容易向c-BN转变。目前，对e-BN的报道还较少，其它性质还处于探索和研究阶段。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提供一种亚稳态立方相氮化硼e-BN纳米粉的制备方法，其制备过程简单，反应的温度较低，能耗小。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：一种亚稳态立方相氮化硼e-BN纳米粉的制备方法，其特征是将B₂O₃和Mg粉进行球磨，然后将所得的球磨料与NH₄Cl、无水氯化钴混合，其中B₂O₃∶Mg∶NH₄Cl∶CoCl₂的摩尔比为1∶4.0～5.0∶7.0～9.0∶0.35～0.45，再在400～650℃下恒温反应5-24小时，自然冷却至室温，所得粗产物经过洗涤和干燥，即可得到e-BN纳米粉。其化学反应方程可表示为：

B₂O₃+2NH₄Cl+2Mg→2e-BN+2MgCl₂+3H₂O+H₂↑(1)

按上述方案，所述的B₂O₃纯度为98wt.％，镁粉粒度为100～200目、NH₄Cl、CoCl₂均为分析纯试剂。

按上述方案，球磨时间为72～120小时。

按上述方案，所述的洗涤和干燥步骤是将粗产物加入蒸馏水中，按反应配比加入36～38wt.％的盐酸和65～68wt.％的硝酸，超声5～30分钟，然后离心分离，除去可溶性碱金属及其氧化物杂质，滤饼用蒸馏水洗涤、再经50～80℃下干燥12～24小时。

按上述方案，所述的亚稳态立方相氮化硼e-BN纳米粉的晶粒大小为50～150nm。