[发明专利]一种制备六方氮化硼微纳米复合结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备氮化硼微纳米复合结构的方法，特别涉及到一种制备六方氮化硼微纳米复合结构的方法。

背景技术

氮化硼 (Boron Nitride 分子式BN，分子量24.81，理论密度2.27g/cm³)是由氮原子和硼原子所构成的物质。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，晶态BN具有四种结构：六方氮化硼（h-BN)、菱方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼(c-BN)和密排六方氮化硼(w-BN/纤锌矿氮化硼)。

六方氮化硼无明显熔点，在0.1MPa氮气中3000℃升华，在惰性气体中熔点3000℃，在中性还原气氛中，耐热到2000℃，在氮气和氩气中使用温度可达2800℃，在氧气气氛中稳定性较差，使用温度1000℃以下。六方氮化硼不溶冷水，水煮沸时水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氮；与弱酸和强碱在室温下均不反应，微溶于热酸，用熔融的氢氧化钠、氢氧化钾处理才能分解。

六方氮化硼是陶瓷材料中导热性能最好的材料之一，导热率为石英的十倍，高导热系数热压制品为33W/m·K和纯铁一样；膨胀系数相当于石英，是陶瓷中最小的，在c轴方向上的热膨胀系数为41×10^-6/oC 而在d轴方向上为-2.3×10^-6/oC，所以抗热震性能很好。氮化硼也是陶瓷中最好的高温绝缘材料，击穿电压3kV/mm，低介电损耗108HZ时为2.5×10^-4，介电常数为4，可透微波和红外线。

六方氮化硼的摩擦系数低至0.16，高温下不增大，比二硫化钼、石墨耐温高，氧化气氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。常温下润滑性能一般，故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂，将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂，也可用作高温炉滑动零件的润滑剂，氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。

六方氮化硼的压缩强度为170MPa，可机械加工，其硬度为莫氏2，所以可用一般机械加工方法加工成精度很高的零部件制品。

六方氮化硼 (h-BN)是一种重要的                                                -主族化合物，结构与石墨类似，同层之间的原子由共价键连接在一起，层与层之间靠范德华力连接，因此六方氮化硼材料具有许多优异的物理化学特性如：耐高温、抗氧化、耐腐蚀、自润滑、高热导率等，广泛的用于化工，机械，电子以及航空航天等高科技领域。近年来，对BN纳米管的研究较多，相比之下对BN纳米线的研究甚少，而有关BN微纳米复合结构的报道则更为罕见。

六方氮化硼的用途：

1. 高温固体润滑剂，例如各种光学玻璃脱膜剂、金属成型的脱模剂和金属拉丝的润滑剂、冶金上用于连续铸钢的分离环。

2. 高温状态的特殊电解、电阻材料，例如：高压高频电及等离子弧的绝缘体、做各种镀铝的蒸发舟。

3. 防止中子辐射的包装材料，例如：原子反应堆的结构材料。

4. 压制成各种形状，用做高温、高压、绝缘、散热部件，例如飞机、火箭发动机的喷口。

5. 加工制成的超硬材料，可制成高速切割工具和地质勘探、石油钻探的钻头。

但是，目前现有技术中，大量的合成方法被用于氮化硼纳米结构的合成，例如，金属催化法、碳热还原法、热解法、球磨-退火法、热解法和氨气直接氮化法等，上述方法步骤繁琐，所得产物的纯度较低，有大量的杂质共存。其它方法如电弧放电法、电子束辐射法、激光蒸发法、化学气相沉积法、激光烧蚀法等，则依赖大型贵重仪器设备且所得产物的产量少。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种制备六方氮化硼微纳米复合结构的方法，制备的产物为结晶良好的一维六方氮化硼微/纳米复合结构，微米线的直径十分均匀，在3-4微米之间， 长度可达几百微米；微米线表面布满纳米薄片，纳米片厚度在5 nm 以下, 长度可达600 nm。这种片状突起，能够大幅增加氮化硼微米线的表面积，有望成为一种高效的催化剂载体或者高效的储能材料，对于氮化硼产业发展有重要的意义，是未来产业发展的新方向、新热点，当前文献中少见报道这种新奇结构的氮化硼材料。     本发明制备六方氮化硼微纳米复合结构的方法，由以下步骤获得，

a.将纯度90%以上的硼粉和可溶性金属盐催化剂以摩尔比=1:0.005～0.1 的比例均匀分散到无水乙醇中，磁力搅拌1至4小时去掉乙醇溶剂，得到糊状的混合物，所述可溶性金属盐催化剂为铁系催化剂；