[发明专利]氮化硼的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程陶瓷材料技术领域，尤其是氮化硼的制备方法。

背景技术

氮化硼由于其特性与石墨相似而质地洁白，俗称白石墨，有六方与立方两种晶型，但通常呈六方结构。在高温与超高压的特殊条件下，可将六方结构晶型转化为立方晶型。氮化硼由于机械强度高，在高温下无负载软化现象，可作机械加工车削。氮化硼使用范围广泛，其粉末可作优良的润滑剂与脱模剂，合成工程陶瓷材料后可用作熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、战斗机、火箭起飞喷口，大功率器件底座，半导体元件掺杂源，以及各种高温、高压或高频的绝缘散热部件。而立方氮化硼则为近似于金刚石的超硬材料。

氮化硼粉料合成方法现在已有十多种，但能够实现工业化生产的方法主要有以下三种：

1、硼砂-氮化铵法。此种方法首先将硼砂引入氮化铵溶解成饱和溶液，再经过过滤除去杂质，可以重复进行。然后将上述原料粉碎、干燥，以硼砂和氯化铵混合，压制成坯块，在反应炉中合成。反应温度为900～1000℃，保温6个小时。在反应时通入NH₃。反应产物用水浸洗除去剩余硼酸、氯化钠等杂质，干燥、粉碎，即可获得氮化硼粉料(纯度约为95.8％)。

2、硼砂-尿素法：将硼砂脱水干燥、粉碎，将尿素提纯干燥、粉碎。混合后，放置于石英玻璃、刚玉、炭黑或不锈钢容器中，放入反应炉中，通入氨气。反应生成的产物用盐酸酸洗，除去其中的Na₂O，然后水洗去Cl^-离子，再用酒精醇洗去H₃BO₃，用水与酒精反复处理后干燥，即获得氮化硼粉(纯度约95.3％)。

3、硼矸法。以硼矸为主要原料，磷酸三钙为填料，干法混合。将混合料放入石英管或刚玉管状电炉中进行氮化反应。反应温度900～1000℃，保温6小时，通入NH₃气体。反应产物盐酸酸洗，以除去Ca₃(PO₄)₂及H₃BO₃，然后水洗去HCl。干燥后，用酒精进行醇洗，去除H₃BO₃，最后干燥，即获得BN(纯度约95.4％)。

以上三种方法生产氮化硼的过程，都需要多步才能完成，并且过程中产生大量的废气和废渣，并且得到的氮化硼的纯度不高。

发明内容

本发明针对不足，提出一种氮化硼的制备方法，制作过程简单，一步合成即可完成；制得的氮化硼纯度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种氮化硼的制备方法，包括以下步骤：将硼含量＞15wt％含硼化合物和氮含量＞60wt％含氮化合物，以质量比1∶1～1.5混匀，在1950～2100℃、还原剂保护下烧结5～25小时。

优选的，所述含硼化合物和含氮化合物均为粒径小于40微米的粉末。

优选的，所述含硼化合物的纯度＞99.9％，Fe含量＜10ppm。

优选的，所述含氮化合物的纯度＞99.5％。

优选的，所述含硼化合物和含氮化合物的混合物中Fe含量＜10ppm，Pb含量＜10ppm。

优选的，所述还原剂为与含硼化合物和含氮化合物一起混匀的炭黑。

优选的，所述含硼化合物为硼酸。

与现有技术相比，本发明利用含硼量高的化合物和含氮量高的化合物，在高温下直接反应得到氮化硼，比现有制备过程简单，操作步骤少；还有制得的氮化硼的纯度高达97％以上，对现有约95％高纯度的氮化硼在纯度上再次得到提高，从而在机械性能上强度更高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

在密闭反应釜中加入硼酸和液氮，重量均为500g，其中硼酸的纯度＞99.9％，粒度为20微米；加入总重量20％的炭黑，搅拌均匀，升温在2100℃，反应5小时。

元素分析法测量得到的产品为氮化硼，纯度为98.3％。

实施例2

在密闭反应釜中加入200g硼酸和300g液氨，其中硼酸的纯度＞99.9％，粒度为20微米；液氨纯度＞99.5％，再加入总重量30％的炭黑，搅拌均匀，升温在1960℃，反应10小时。

元素分析法测量得到的产品为氮化硼，纯度为97.8％。

实施例2