[发明专利]一种氮化硼晶体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硼晶体，所述氮化硼晶体的空间群为IM‑3，晶格参数a=b=c=14.034（±0.5%），晶体结构是具有大直径纳米孔的拓扑结构。该氮化硼晶体物理特性较好。本发明还提供上述氮化硼晶体的制备方法，废液产生率低，过程中杂质少，且原料丰富，成本低。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别指一种氮化硼晶体及其制备方法。

背景技术

氮化硼以其优异的热传导性、电性、耐热性、化学稳定性和高硬度而被熟知，具有高耐热性、高导热性、高化学稳定性、与多种金属不浸润等诸多优异的物理化学特性，因而在冶金、机械、电子和航空航天等高科技领域具有十分广阔的应用前景。由于其特殊的sp2或sp3原子键，氮化硼可以以各种晶体形式存在，如六方氮化硼(h-BN)、氮化硼纳米管(BNNTs)、纤锌矿氮化硼(w-BN)和立方锌闪石结构BN(c-BN)等。目前对氮化硼的研究主要集中在对其六方相和立方相的研究上。六方氮化硼是石墨的类似物，主要是通过含硼和含氮的化合物进行合成和分解来制备，含硼的化合物主要包括硼的卤化物、氧化物及硼酸等，含氮化合物主要包括氨气、氨盐、尿素以及其他有机氨类。目前纳米氮化硼粉体的制备方法有很多，根据其原理大致可以分为两大类：其中一类是合成法，主要有高温合成法、溶剂热合成法、模板法和化学气相沉积法(CVD)等；而另一类是剥离法，包括液相超声剥离法、激光蚀刻剥离法、机械球磨法等。立方氮化硼（C-BN）是一种人工合成的材料，其硬度仅次于金刚石，属于超硬材料，由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成而来。南京航空航天大学公开的采用泡沫金属为模板，通过化学气相沉积和化学蚀刻方式制得低密度、高热稳定性等优异性能的三维氮化硼泡沫。但是研究发现，该方法制备的泡沫金属的网络孔洞高达数百微米，在以此为模板制备的三维氮化硼泡沫，体积密度低，不利于其宏量制备。当前制备出的氮化硼都以立方氮化硼和六方氮化硼为主，关于新型氮化硼结构的制备方法并不多。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中以立方氮化硼和六方氮化硼存在的不足，本发明提供一种氮化硼晶体及制造方法。

技术方案：一种氮化硼晶体，包括：

所述氮化硼晶体的空间群为IM-3，晶格参数a=b=c=14.034（±0.5%），晶体结构是具有大直径纳米孔的拓扑结构。

一种制备如权利要求1所述的氮化硼晶体的方法，包括以下步骤：

（1）将氯化铵粉末和硼砂均匀混合，再加入蒸馏水，控制温度进行搅拌得到溶液A；

（2）将步骤（1）中的溶液A在氨气氛围中匀速升温至温度为900~1000K并恒温处理2~3h，静置处理得到白色固体B；

（3）将六方氮化硼粉末与步骤（2）中的固体B混合并加入热水中搅动浸泡、沉淀，再进行三次以上水洗，得到含有氮化硼单晶的混合料；

（4）对步骤（3）中的混合料与触媒混合，在1200°C~1400°C的温度和10GPa~15GPa的压强下进行高温高压处理，然后进行酸处理、碱处理，经水洗过滤、真空干燥即得所述氮化硼晶体。

进一步地，所述步骤（1）中氯化铵粉末和硼砂（NH₄Cl、Na₂B₄O₇）的质量比为2:1。

进一步地，所述步骤（2）中溶液A的质量浓度为0.06~0.10 g/mL。

进一步地，所述步骤（3）中所用的六方氮化硼粉末与白色固体B的质量比为3:2。

进一步地，所述步骤（4）所述触媒为金属镁、氮化物、氮硼化物、镁基合金中的一种或几种的组合。

进一步地，所述步骤（4）所述触媒的质量百分比为15%~20%。

进一步地，所述步骤（2）中，匀速升温速率为15-25K/min；

进一步地，所述步骤（4）中，进行酸处理、碱处理包括以下步骤：