氮化硼的制备及其性能表征
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１０１．１ Ａ型 电热 鼓 风干 燥箱 ：天 津 市泰 斯 特仪 器有 限公 司制 ；ＳＨＢ循 环 水 多 用 真 空泵 ：郑 州 杜 甫仪 器 厂制 ；ＤＺＦ．６０５０型真 空 干燥 箱 ：上 海索 谱 仪器 有 限公 司 制 ；８５—１恒 温 磁 力 搅 拌 器 ：常 州 国 华 电器 有 限 公 司 制 ；集 热 式 磁 力 搅 拌 器 ：自制 ； ＷＭＺＫ一０１恒温指示控制仪 ：上海华辰 医用仪表 有 限公 司制 。 １．２ ＢＮ 的制备
１ 实验 １．１ 原 料 与仪器
三 氯化 硼 ：纯 度 ９９．９％ ，广 州 瑞 合 科 技 有 限 公 司产 ；二 甲苯 ：纯 度 ９９％ ，天津 市 天 力 化学 试 剂
有 限公 司 产 ；氮 气 ：纯 度 ９９．９９％ ，宝 鸡 宝 光 集 团 产 ；氯化铵 、异 丙胺 ：分析 纯 ，国药集 团化 学试 剂有 限公 司产 ；Ｎ，Ｎ－二 甲基 甲酰 胺 （ＤＭＦ）：分 析 纯 ， 天 津 市 天 力 化 学 试 剂 有 限公 司 产 ；二 甲基 亚 砜 （ＤＭＳＯ）：分 析 纯 ，天 津 市 富 宇 精 细 化 工 有 限 公 司产 。
高性 能 无机纤 维 已成 为现 代材料 科 学研究 的 重 要领 域 之 一 。氮 化 硼 （ＢＮ）纤 维 兼 具 了 ＢＮ 材 料和纤 维 材料 所 具 有 的多 种优 良性 能 。ＢＮ纤 维 具有 强度 高 、密度低 、耐腐 蚀 、透 波性 强等特 点 ， 在 核工 业 、电子 及 复 合材 料 等 方 面 具 有很 好 的应 用前景 Ｊ。以 ＢＮ纤维为增强剂的陶瓷基复合材 料 在航 空航 天 的天线 罩等 关键 部位 显示 出优 异 的 透波 承载性 能 ，因 而 ＢＮ纤 维 的 研 究 成 为 新 型 陶 瓷纤维 领域 的热 点 之 一 ＿３Ｉ４ Ｊ。ＢＮ各 原 子 之 间 的 连接键 为共 价键 ，具 有较 高 的原子 结合 强度 ，因此 ＢＮ还具有 耐 高温 、抗 热 冲击 的 优 良特性 ，并 且 其 强度 和硬 度在 高温 下下 降很 少 。
在 氮 气 保 护 条 件 下 ，三 氯 化 硼 与 氯 化 铵 在 １１０℃条 件 下 反 应 合 成 三 氯 环 硼 氮 烷 （ＴＣＢ），再 经 胺解 、聚合 、氮化 得 到最 终 产 物 ＢＮ。具 体 实验 过 程 ：（１）将氯 化铵 粉末 加 入 三 口烧 瓶 中 ，然 后加 入 二 甲苯溶 剂 ，剧 烈搅 拌 ，使 得 氯化铵 粉末 在有机 溶 剂 中形成 悬浊 液 ，通 人氮 气 ，排 出装 置 中的空气 和 水分 ；加热 到 一定 温 度 后 缓 缓通 人 三 氯 化 硼气 体 （本 文 中三氯化 硼 气 体 是 由三 氯化 硼 的二 甲苯 溶 液得 到 ，将 三 氯化 硼 的二 甲苯溶 液 置 于 三 口烧 瓶 中 ，由于 三氯 化硼很 容易 挥发 ，流动 的氮 气将挥 发 出的三氯化硼气体带人反应体 系中），在冷凝 回流下 反应 １０～２０ ｈ，冷 凝 回流 温度 为 ０—５℃ 。
ＢＮ的制 备方法 多 种多样 ，南 京工 业大 学 的沈 春英 等 … 利 用 硼 酸 与 三 聚 氰 胺 反 应 ，最 终 制 得 ＢＮ晶须 ；湖 北 工 业 大 学 的 袁 松 东 等 也 利 用 硼 酸与 三聚 氰胺 制得 ＢＮ六 方 晶体 ，并 对 制得 的 ＢＮ 六方 晶体 的 比表面 积与 孔径 分布 做 了分析 ；邓橙 、 雷永 鹏等 卜 采 用 有 机 前 驱 体 法 制 得 ＢＮ纤 维 ， 制 得 的 纤 维 性 能 较 好 ，但 是 实 验 条 件 要 求 苛 刻 。 作者 采用 有机 前驱 体法 在实 验条 件 比较缓 和 的条 件下 制得 ＢＮ的有机 前驱 体 ，通 过氮 化 处 理 ，制 得 ＢＮ 斜 方 晶 体 ，采 用 热 分 析 方 法 、ｘ 射 线 衍 射 （ＸＲＤ）、傅 里 叶变换 红外 成像 系统 （ＩＲ）等方 法 对 其性 能进 行 了研究 。
研 究 与 开 发
Ｃ合ＨＩＮ成Ａ 纤ＳＹＮ维ＴＨＥ工 ｎＣ 业Ｆ，Ｉ２Ｂ０Ｅ１Ｒ６ ，３ＩＮ９Ｄ（Ｕ２Ｓ） ｎ：４ Ｙ９
氮 化 硼 的制 备及 其 性 能 陈美玉 ，刘呈坤
（西安工程大学 纺织 与材 料学院 ，陕西 西安 ７１００４８）
摘 要 ：以三氯化硼和氯化铵为原料 ，在 ｌ１Ｏ℃合成三氯环硼氮烷（ＴＣＢ），将合成 的 ＴＣＢ与异丙胺在 ０℃ 左右进行胺解反应 ，将胺解产物在 １２０℃聚合 ，得到聚硼 氮烷 高聚物 ，聚硼 氮烷经 １ ０００℃氮 化得到 氮化硼 （ＢＮ），对 ＢＮ的热性能及晶体结构等进行表征。结果表明 ：通过红外 光谱 和 ｘ射线衍射分析 ，聚合 产物为聚 硼氮烷 ，经 ｌ ０００℃氮化后 ，形成 ＢＮ晶体 ，晶体结构为斜方 晶系；氮化过程存在 部分 游离碳 （ｃ），ＢＮ晶体 中 含有 Ｂ，Ｎ，ｃ元素 ；聚硼氮烷 可溶于二 甲基亚砜和 Ⅳ，Ⅳ一二 甲基 甲酰胺 ，可 以进行湿法纺丝 。 关 键 词 ：氮化硼 聚硼氮烷 三氯环 硼氮烷 聚合 氮化 中图 分 类 号 ：ＴＱ３４３ ．７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１．００４１（２０１６）０２—００４９—０４
收 稿 日期 ：２０１５—０８２５；修 改稿 收 到 日期 ：２０１６－０１—１５。 作者简介 ：周莹莹（１９８７一 ），女 ，助 理工程 师，主要从 事高 性能无机纤维 的研究 。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｏｏｄｚｙｙ１６３＠１６３．ｃｏｒｎ。
合 成 纤 维 工 业
２０１６年第 ３９卷
最后将 得 到 的 ＴＣＢ的二 甲苯 溶 液通 入 氮气 ，低 温 加热 ，将反 应体 系 中的二 甲苯 挥发 掉 ，得 到 的无色 针状 晶体 即为 ＴＣＢ。
１ 实验 １．１ 原 料 与仪器
三 氯化 硼 ：纯 度 ９９．９％ ，广 州 瑞 合 科 技 有 限 公 司产 ；二 甲苯 ：纯 度 ９９％ ，天津 市 天 力 化学 试 剂
有 限公 司 产 ；氮 气 ：纯 度 ９９．９９％ ，宝 鸡 宝 光 集 团 产 ；氯化铵 、异 丙胺 ：分析 纯 ，国药集 团化 学试 剂有 限公 司产 ；Ｎ，Ｎ－二 甲基 甲酰 胺 （ＤＭＦ）：分 析 纯 ， 天 津 市 天 力 化 学 试 剂 有 限公 司 产 ；二 甲基 亚 砜 （ＤＭＳＯ）：分 析 纯 ，天 津 市 富 宇 精 细 化 工 有 限 公 司产 。
高性 能 无机纤 维 已成 为现 代材料 科 学研究 的 重 要领 域 之 一 。氮 化 硼 （ＢＮ）纤 维 兼 具 了 ＢＮ 材 料和纤 维 材料 所 具 有 的多 种优 良性 能 。ＢＮ纤 维 具有 强度 高 、密度低 、耐腐 蚀 、透 波性 强等特 点 ， 在 核工 业 、电子 及 复 合材 料 等 方 面 具 有很 好 的应 用前景 Ｊ。以 ＢＮ纤维为增强剂的陶瓷基复合材 料 在航 空航 天 的天线 罩等 关键 部位 显示 出优 异 的 透波 承载性 能 ，因 而 ＢＮ纤 维 的 研 究 成 为 新 型 陶 瓷纤维 领域 的热 点 之 一 ＿３Ｉ４ Ｊ。ＢＮ各 原 子 之 间 的 连接键 为共 价键 ，具 有较 高 的原子 结合 强度 ，因此 ＢＮ还具有 耐 高温 、抗 热 冲击 的 优 良特性 ，并 且 其 强度 和硬 度在 高温 下下 降很 少 。
在 氮 气 保 护 条 件 下 ，三 氯 化 硼 与 氯 化 铵 在 １１０℃条 件 下 反 应 合 成 三 氯 环 硼 氮 烷 （ＴＣＢ），再 经 胺解 、聚合 、氮化 得 到最 终 产 物 ＢＮ。具 体 实验 过 程 ：（１）将氯 化铵 粉末 加 入 三 口烧 瓶 中 ，然 后加 入 二 甲苯溶 剂 ，剧 烈搅 拌 ，使 得 氯化铵 粉末 在有机 溶 剂 中形成 悬浊 液 ，通 人氮 气 ，排 出装 置 中的空气 和 水分 ；加热 到 一定 温 度 后 缓 缓通 人 三 氯 化 硼气 体 （本 文 中三氯化 硼 气 体 是 由三 氯化 硼 的二 甲苯 溶 液得 到 ，将 三 氯化 硼 的二 甲苯溶 液 置 于 三 口烧 瓶 中 ，由于 三氯 化硼很 容易 挥发 ，流动 的氮 气将挥 发 出的三氯化硼气体带人反应体 系中），在冷凝 回流下 反应 １０～２０ ｈ，冷 凝 回流 温度 为 ０—５℃ 。
ＢＮ的制 备方法 多 种多样 ，南 京工 业大 学 的沈 春英 等 … 利 用 硼 酸 与 三 聚 氰 胺 反 应 ，最 终 制 得 ＢＮ晶须 ；湖 北 工 业 大 学 的 袁 松 东 等 也 利 用 硼 酸与 三聚 氰胺 制得 ＢＮ六 方 晶体 ，并 对 制得 的 ＢＮ 六方 晶体 的 比表面 积与 孔径 分布 做 了分析 ；邓橙 、 雷永 鹏等 卜 采 用 有 机 前 驱 体 法 制 得 ＢＮ纤 维 ， 制 得 的 纤 维 性 能 较 好 ，但 是 实 验 条 件 要 求 苛 刻 。 作者 采用 有机 前驱 体法 在实 验条 件 比较缓 和 的条 件下 制得 ＢＮ的有机 前驱 体 ，通 过氮 化 处 理 ，制 得 ＢＮ 斜 方 晶 体 ，采 用 热 分 析 方 法 、ｘ 射 线 衍 射 （ＸＲＤ）、傅 里 叶变换 红外 成像 系统 （ＩＲ）等方 法 对 其性 能进 行 了研究 。
研 究 与 开 发
Ｃ合ＨＩＮ成Ａ 纤ＳＹＮ维ＴＨＥ工 ｎＣ 业Ｆ，Ｉ２Ｂ０Ｅ１Ｒ６ ，３ＩＮ９Ｄ（Ｕ２Ｓ） ｎ：４ Ｙ９
氮 化 硼 的制 备及 其 性 能 陈美玉 ，刘呈坤
（西安工程大学 纺织 与材 料学院 ，陕西 西安 ７１００４８）
摘 要 ：以三氯化硼和氯化铵为原料 ，在 ｌ１Ｏ℃合成三氯环硼氮烷（ＴＣＢ），将合成 的 ＴＣＢ与异丙胺在 ０℃ 左右进行胺解反应 ，将胺解产物在 １２０℃聚合 ，得到聚硼 氮烷 高聚物 ，聚硼 氮烷经 １ ０００℃氮 化得到 氮化硼 （ＢＮ），对 ＢＮ的热性能及晶体结构等进行表征。结果表明 ：通过红外 光谱 和 ｘ射线衍射分析 ，聚合 产物为聚 硼氮烷 ，经 ｌ ０００℃氮化后 ，形成 ＢＮ晶体 ，晶体结构为斜方 晶系；氮化过程存在 部分 游离碳 （ｃ），ＢＮ晶体 中 含有 Ｂ，Ｎ，ｃ元素 ；聚硼氮烷 可溶于二 甲基亚砜和 Ⅳ，Ⅳ一二 甲基 甲酰胺 ，可 以进行湿法纺丝 。 关 键 词 ：氮化硼 聚硼氮烷 三氯环 硼氮烷 聚合 氮化 中图 分 类 号 ：ＴＱ３４３ ．７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１．００４１（２０１６）０２—００４９—０４
收 稿 日期 ：２０１５—０８２５；修 改稿 收 到 日期 ：２０１６－０１—１５。 作者简介 ：周莹莹（１９８７一 ），女 ，助 理工程 师，主要从 事高 性能无机纤维 的研究 。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｏｏｄｚｙｙ１６３＠１６３．ｃｏｒｎ。
合 成 纤 维 工 业
２０１６年第 ３９卷
最后将 得 到 的 ＴＣＢ的二 甲苯 溶 液通 入 氮气 ，低 温 加热 ，将反 应体 系 中的二 甲苯 挥发 掉 ，得 到 的无色 针状 晶体 即为 ＴＣＢ。