[发明专利]氮化硼陶瓷纤维有机先驱体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化硼陶瓷有机先驱体及其制备方法。

背景技术

氮化硼(BN)陶瓷是随着高技术的发展，特别是航天领域技术的发展而逐渐受到关注的一种高性能工程陶瓷材料。氮化硼在3000℃升华，在1800℃的强度为室温的2倍，在惰性气氛中2800℃不软化，具有高耐热性，导热系数≥530W/mK，是陶瓷材料中导热系数最大的材料，氮化硼与Fe、Cu、Al、Pb、稀土金属、贵金属、半导体材料、无机酸、碱都不反应，具有优良的耐腐蚀性，热膨胀系数较低，只有2×10⁶/℃、氮化硼在25℃时的体积电阻率为10¹⁴Ω·cm，2000℃达到10³Ω·cm，具有良好的绝缘性能、低的摩擦系数以及良好的可加工性能。由于氮化硼陶瓷具有上述优良性能，因此它的应用也很广泛：六方BN可以用于制造先进耐火材料、TiB₂/BN复合陶瓷、高温润滑剂、晶体管的热封干燥剂、树脂等聚合物的添加剂、航空航天中的热屏蔽材料、反应堆中子吸收的控制棒、原子反应堆的结构材料、坩埚材料、半导体封装散热底板、火箭发动机的喷口、高频感应电炉内衬、热电偶保护套管和高温涂料等。

制备氮化硼陶瓷材料的方法应用较多的是有机先驱体法，现有的公布号为CN101723675A的中国专利公开了利用三氯硼吖嗪和苯胺制备氮化硼陶瓷材料有机先驱体的方法，该方法制备的氮化硼陶瓷有机先驱体的分子结构式为：

或者为这些氮化硼陶瓷有机先驱体的分子量为240～620，分子量较低，适合制备薄膜和粉体材料，而在制备氮化硼纤维时成丝性差。

发明内容

本发明是为了解决现有的以三氯硼吖嗪和苯胺制备的氮化硼陶瓷材料有机先驱体分子量低，在纺丝过程中成丝性差的问题，而提供氮化硼陶瓷纤维有机先驱体及其制备方法。

本发明的氮化硼陶瓷纤维有机先驱体的结构式为其中n＝10～13的整数。

本发明的氮化硼陶瓷纤维有机先驱体的制备方法按以下步骤在相对湿度≤1％并充有0.1MPa的纯度≥99.9％(体积)的氮气的手套箱中进行：一、将三氯硼吖嗪和烯丙基胺按摩尔比为1∶0.5～1.5加入到甲苯中，在室温下搅拌2h～4h，然后过滤除去白色沉淀；二、取步骤一的滤液加入到具有冷却回流装置的反应器中，开启搅拌，升温至60℃～90℃保持15h～28h，然后冷却至室温，得到液态混合物；三、将经步骤三得到的液态混合物在60℃～65℃条件下减压蒸馏脱除甲苯；四、将经步骤三处理的液态混合物置于温度为86℃～90℃的烘箱中处理1.8h～2h，即得到氮化硼陶瓷纤维有机先驱体。

本发明以三氯硼吖嗪和烯丙基胺为原料制备氮化硼陶瓷纤维有机先驱体，其合成原理为：

本发明的氮化硼陶瓷纤维有机先驱体以三氯硼吖嗪和烯丙基胺为原料，先在甲苯溶剂中反应聚合，然后去除甲苯溶剂再在烘箱中，使先驱体进一步交联聚合，得到数均分子量为2000～2750，氮化硼陶瓷纤维有机先驱体，该先驱体为非晶态的长链结构，在85℃～100℃的温度下即可熔融纺丝，操作方便，成丝性好，纺好的丝先在氨气气氛中1000℃烧结1小时，然后再在氮气气氛中1700℃烧结1小时，即得到纯净且结晶良好的六方结构的氮化硼(h-BN)纤维。得到的氮化硼纤维可用于制造先进耐火材料、TiB₂/BN复合陶瓷、高温润滑剂、晶体管的热封干燥剂、树脂等聚合物的添加剂、航空航天中的热屏蔽材料、反应堆中子吸收的控制棒、原子反应堆的结构材料、坩埚材料、半导体封装散热底板、火箭发动机的喷口、高频感应电炉内衬、热电偶保护套管和高温涂料等。

附图说明

图1是具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维有机先驱体的X射线衍射图谱；图2是具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维有机先驱体的傅立叶变换红外光谱图；图3具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维有机先驱体丝的扫描电镜照片；图4是具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维的扫描电镜照片；图5是具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维的X射线衍射图谱；图6是具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维的X射线光电子能谱图；图7是具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维的B元素的X射线光电子能谱精细谱图；图8是具体实施方式十五制备的氮化硼陶瓷纤维的N元素的X射线光电子能谱精细谱图。

具体实施方式一：本实施方式的氮化硼陶瓷纤维有机先驱体的结构式为其中n是10～13的整数。