[发明专利]一种氧化铝包覆纳米片状六方氮化硼复合粉体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种氧化铝包覆纳米片状六方氮化硼复合粉体及其制备方法与应用，属于纳米固体润滑剂表面改性包覆复合材料领域。包括：将酸洗后的纳米h‑BN粉体分散于无水乙醇并添加适量分散剂PVP和蒸馏水。超声搅拌一段时间后，将九水硝酸铝溶液倒入上述溶液中，然后加入乙酸乙酸钠缓冲溶液控制pH值为4.5。将悬浮液置于磁力搅拌器中加热搅拌，保持温度为75℃后缓慢滴加稀氨水，保温30min。将反应后的悬浮液离心，无水乙醇清洗。60‑110℃条件下真空干燥，得到以纳米h‑BN为核，Al(OH)₃为壳的h‑BN@Al(OH)₃复合粉体。将该粉体于850℃下煅烧可得h‑BN@Al₂O₃。本方法制得的氧化铝包覆纳米六方氮化硼复合粉体，包覆层致密均匀。将其添加到金属或陶瓷基体中可以改善材料力学性能且不降低材料的润滑性能。

技术领域

本发明涉及一种氧化铝包覆纳米片状六方氮化硼复合粉体的制备方法，属于纳米固体润滑剂表面改性包覆复合材料技术领域。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

纳米材料的研究进展无疑推动着社会的发展与进步。纳米材料具有较大的比表面积，表面的原子数、表面张力急剧增加，具有明显的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观隧道效应等，因而与宏观的晶体或非晶体材料相比，具有许多特殊优异的物理化学性质。

纳米片状六方氮化硼的硬度适中，比常用的固体润滑剂二硫化钼和石墨要高，但比金刚石低，承载能力也较好。六方氮化硼纳米颗粒抗磨性好，而且具有一定的化学惰性，使用寿命长，能有效地避免摩擦副表面微突体的直接接触。同时在摩擦中不易产生使润滑性能变坏的硬质细小晶粒，所以六方氮化硼纳米颗粒在低负荷及较高负荷条件下均可明显的降低摩擦系数。在更高的负荷下，六方氮化硼纳米颗粒又体现出另一方面的特点，其类似石墨的层状晶体结构使其能做层间的滑动，继续发挥抗磨减摩的效应。六方氮化硼还具有优异的耐热性、导热性，其块体材料熔点近3000℃，抗氧化能力强，高温承载能力高，摩擦系数在高温下也变化不大。二硫化钼在400℃、石墨在450℃左右就发生氧化，润滑性能急剧变坏。而纳米六方氮化硼有较好的高温稳定性，在900℃左右依然呈稳定状态，结晶表面及构造不变，具有比硫化钼等其他固体润滑剂更优异的高温摩擦学性能。将纳米六方氮化硼引入到金属或陶瓷基体中制备自润滑材料。固体润滑剂的加入可以使材料具有润滑和减磨耐磨性能，避免了润滑油液的使用。研究表明，六方氮化硼整体力学性能较差、易团聚和与基体结合不紧密等缺陷，将其直接添加到陶瓷或金属基体中虽然会使材料获得自润滑功能，但材料的力学性能将会显著降低，这将限制材料在力学性能要求较高的一些场合的应用。徐秀国等人研究了添加h-BN的TiB₂/WC自润滑陶瓷材料的性能，研究发现TiB₂/WC/h-BN陶瓷材料具有良好的润滑和减磨耐磨性能，但其力学性能均有不同程度的降低。抗弯强度下降最为明显，为TiB₂/WC材料相比降低了21％。因此通过选择合适的方法实现自润滑材料力学性能与润滑性能的统一，已成为研究自润滑材料的重要方向。

利用粉体表面包覆技术在纳米片状六方氮化硼表面包覆一层外壳可用于提高其力学性能。如有研究公开了作为分散剂的炭包覆六方氮化硼的制备方法。该方法以马来酸酐乙烯辛烯接枝共聚物为碳源，通过搅拌萃取、抽滤、干燥和高温碳化等步骤，制备具有核壳结构的炭包覆六方氮化硼复合颗粒。该文件虽然制备了炭包覆六方氮化硼复合粉体，在高温碳化过程中对设备要求较高且工艺复杂。还有研究公开了一种利用水热氢还原制备镍包覆六方氮化硼复合粉体的方法。该方法是将六方氮化硼、催化剂加入到镍盐溶液中，在高压釜内用氢气在一定温度压力下将镍还原沉积在六方氮化硼粉末表面形成复合粉体。但发明人发现：该方法存在部分不足之处：水热氢还原法需在密闭容器中进行，无法直观的观察反应过程，而且对设备要求较高，技术难度大、成本较高，安全性较差。

发明内容