氧化硼为原料制备六方氮化硼
六方氮化硼制备方法
六方氮化硼制备方法
六方氮化硼（h-BN）是一种具有高温稳定性、高硬度、高导热性和良好绝缘性的材料，已广泛应用于陶瓷、涂料、高压电子器件等领域。
以下介绍几种常见的六方氮化硼制备方法。
1. 热解法：将硼酸铵或硼酸盐等硼源物质和氨气等氮源物质在高温下反应，生成六方氮化硼。
该方法制备的六方氮化硼晶体尺寸较大、晶体形状规则，但需要高温长时间反应，且制备条件较为苛刻，易产生氨气泄漏等问题。
2. 化学气相沉积法（CVD）：在高温下，将氨气和三氯化硼等前驱体物质反应，将六方氮化硼沉积在基底上。
该方法制备的六方氮化硼晶体尺寸较小、形状较不规则，但制备过程较为简单，且可控性较好。
3. 氛围下热压法：将硼酸等硼源物质和尿素等氮源物质混合后，在氮气氛围下热压，生成六方氮化硼。
该方法制备的六方氮化硼晶体尺寸较小、形状较不规则，但制备过程较为简单，且制备条件相对较温和。
4. 氮化镓石墨烯辅助法：将石墨烯和氮化镓混合后，在高温下反应生成六方氮化硼。
该方法制备的六方氮化硼晶体晶界清晰、尺寸较小、形状规则，但制备条件较为苛刻，且制备过程需要控制好反应时间和温度。
总体来说，不同的制备方法有各自的优缺点，需要根据具体应用需求选择合适的方法。
六方氮化硼生产原料
六方氮化硼（hexagonal boron nitride，h-BN）是一种具有六方晶格结构的化合物，通常用作高温、高压和高电绝缘性材料，也可用于润滑、导热和电绝缘应用。
它的生产原料通常包括以下成分：
1. 硼源：六方氮化硼的主要原料之一是硼。
硼可以从硼矿石（如硼砂）中提取，或者通过化学反应从硼酸、硼氢化合物或硼酸盐等硼化合物中获得。
2. 氮源：氮是六方氮化硼的另一个主要成分。
氮气（N2）通常是氮源，但氨气（NH3）等其他氮化合物也可以用作氮源。
3. 高温反应环境：生产六方氮化硼通常需要高温反应环境，通常在1,700°C至2,000°C 之间。
这要求使用高温炉或反应室等设备，以确保反应能够进行。
4. 催化剂或助剂（可选）：在某些情况下，可能需要添加催化剂或助剂以促进反应的进行或控制产物的特性。
这些催化剂或助剂的选择取决于具体的生产方法和所需的产品性质。
六方氮化硼的生产通常是通过化学气相沉积（CVD）或热压制备等高温高压工艺来实现的。
在这些过程中，硼源和氮源会在高温高压条件下发生反应，形成六方氮化硼的晶体结构。
需要注意的是，生产六方氮化硼通常需要专门的设备和工艺控制，因为高温高压条件下的反应条件非常苛刻。
因此，六方氮化硼的生产通常由专业制造厂家或实验室进行，而不是在家庭或小规模工作坊中进行。
六方氮化硼方程式
六方氮化硼方程式氮化硼，化学式BN，是一种由氮和硼组成的化合物。
它是一种极其硬的材料，具有很高的熔点和热稳定性，是一种用于高温应用的优良材料。
氮化硼有两种晶体结构：六方氮化硼和立方氮化硼，其中六方氮化硼是最常见的一种。
六方氮化硼的分子式是BN，它的晶体结构是六方最密堆积，每个硼原子与六个氮原子形成六面体，每个氮原子与三个硼原子形成三角形。
其晶胞参数为a=b=2.504，c=6.692。
六方氮化硼具有很高的硬度、热稳定性和化学稳定性，因此被广泛应用于切削工具、陶瓷材料、高温结构材料等领域。
六方氮化硼的制备方法有多种，其中最常用的方法是气相沉积法和高温反应法。
气相沉积法是将硼和氮化物在高温下反应，生成氮化硼蒸汽，然后在基片上沉积形成薄膜或粉末。
高温反应法是将硼和氮在高温下反应，生成氮化硼晶体。
氮化硼的化学性质稳定，不易与其他元素反应。
但在高温下，它能够与氧、碳、硅等元素反应生成氧化物、碳化物、硅化物等。
例如，氮化硼与氧反应生成氧化硼（BN2O3）：2BN + 3O2 → BN2O3氮化硼与碳反应生成碳化硼（B4C）：2BN + 3C → B4C + N2氮化硼与硅反应生成硅化硼（SiBN3）：3BN + 4Si → SiBN3 + Si3N4氮化硼还能与金属反应生成氮化物，例如氮化硼与钨反应生成氮化钨（WN）：BN + 3W → WN + W2B氮化硼具有很高的热导率和电导率，在高温下表现出良好的导热和导电性能。
因此，它被广泛应用于高温电子器件、热导材料等领域。
例如，氮化硼被用作高功率场效应晶体管（HEMT）的基板材料，以提高其热稳定性和可靠性。
此外，氮化硼还被用作热导材料，如用于热管、热散热器等。
总之，六方氮化硼是一种具有优良性能的化合物，具有很高的硬度、热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于切削工具、陶瓷材料、高温结构材料、高温电子器件、热导材料等领域。
掌握氮化硼的制备方法和化学性质，对于深入研究其应用具有重要意义。
一种低温制备六方氮化硼的方法
一种低温制备六方氮化硼的方法
一、溶液制备
在本步骤中，我们将使用原料硼酸和尿素，将其溶于水中制备成溶液。
此步骤的关键在于控制溶液的浓度和温度，以保障后续步骤的顺利进行。
一般而言，硼酸和尿素的浓度应控制在10%以下，而溶液的温度则应保持在60℃以下。
二、前驱体制备
在制备前驱体时，我们需要将上述溶液进行蒸发、干燥，得到前驱体粉末。
这一步骤的目的是将溶液中的硼酸和尿素进行化学反应，生成六方氮化硼的前驱体。
需要注意的是，在干燥过程中要控制温度和湿度，避免前驱体的分解和变质。
三、煅烧
煅烧是制备六方氮化硼的关键步骤之一。
在煅烧过程中，前驱体会发生热分解反应，生成六方氮化硼。
然而，这一步骤需要在低温下进行，以避免六方氮化硼的晶型转变和分解。
一般而言，煅烧的温度应控制在900℃以下，而时间则视具体情况而定。
四、酸洗
酸洗是去除六方氮化硼中的杂质和未反应的前驱体的重要步骤。
在酸洗过程中，我们需要使用酸液浸泡六方氮化硼粉末，以去除其中的未反应的物质和杂质。
需要注意的是，酸液的选择和浸泡时间需要根据实际情况进行调整，以保证六方氮化硼的质量和纯度。
以上就是低温制备六方氮化硼的方法的主要步骤。
需要注意的是，在每个步骤中都需要对温度、浓度、时间等关键因素进行精细的控制，以保证最终产品的质量和纯度。
同时，操作人员也需要具备专业的知识和技能，以确保实验过程的安全和稳定。
六方氮化硼生产工艺流程和配方工艺流程
六方氮化硼生产工艺流程和配方工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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一种六方氮化硼纳米微球及合成方法和应用[发明专利]
![一种六方氮化硼纳米微球及合成方法和应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/58fab5c70066f5335b81210f.png)
专利名称：一种六方氮化硼纳米微球及合成方法和应用专利类型：发明专利
发明人：唐成春,丁晓夏,高建明,祁守仁
申请号：CN200510019934.0
申请日：20051201
公开号：CN1931719A
公开日：
20070321
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出了一种六方氮化硼纳米微球及合成方法和应用，该六方氮化硼微球为层状结构，直径为30－150纳米。
其中直径为30－50纳米的六方氮化硼纳米微球量≥60％。
其制备方法是：将氧化硼与一元醇发生酯化反应，生成三羟基硼酸酯与硼酸的混合物，用氮气或惰性气体将其带入氮化炉中，与过量的氨气在高温进行反应；或直接将反应混合物利用超声雾化器或高速气流雾化成微米雾滴后，用氮气或惰性气体将其带入氮化炉中，与过量的氨气在高温进行反应。
反应得到的产物，以甲醇洗涤，除去产物中的氧化硼后，得到六方氮化硼纳米微球。
本方法合成的六方氮化硼纳米微球的纯度高，方法简单、可靠、价廉，且适合规模化合成。
所得的六方氮化硼微球可用作润滑剂。
申请人：华中师范大学
地址：430079 湖北省武汉市武昌珞瑜路100号
国籍：CN
代理机构：湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：张安国
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氧化硼为原料制备六方氮化硼时间：2012-03-09 11:52:22本文研究了以氧化硼和活性炭为原料，在氮气条件下合成六方氮化硼（h-BN）时的反应条件及反应过程。
反应温度在1400℃以上时开始生成氮化硼，到了1550℃反应基本结束，其以上温度时对反应没有太大的影响，生成的氮化硼是微细的片状结晶。
反应机理为氮气与被还原出的硼气体发生反应生成了六方氮化硼。
1 前言六方氮化硼（h-BN）和石墨的结构相似，是六方晶条片状结构，所以具有良好的导热性、导电性、耐热性、耐腐蚀性、化学稳定性、润滑性等。
由于以上特性，六方氮化硼广泛应用于固体润滑剂、耐热异性体、化妆品、立方氮化硼（c-BN）的原料、坩埚、绝缘材料、各种电子材料等方面，特别是最近还应用于大型电脑的散热基片。
六方氮化硼的特性与结晶度、结晶状态、结晶大小有关，使用的原材料及合成方法的不同可得到不同特性的六方氮化硼。
以往六方氮化硼的合成方法有硼化物氮化的方法和卤化硼还原的方法。
因前者的合成方法中硼化物与氨是固-气反应，硼的熔融点（约450 ℃）较低，和氨不能充分接触导致反应速度变慢。
再有，先从硼化物和氮化物中分离出硼原子和氮原子共存形成的化合物中冲入惰性气体及还原性气体时，合成出的氮化硼结晶度不佳且得不到微细氮化硼。
本论文是从硬硼钙石中先提取硼酸，再把硼酸脱水生成氧化硼，把它作为六方氮化硼的原料，以活性炭为还原剂，氮气为气相还原剂来合成微细氮化硼。
由于气相还原氮化法合成温度高、后处理简单、反应单一、工程成本低、对原料的纯度要求不高，并且本身是气-气反应，有利于制备微细氮化硼。
为此本文讨论了反应温度及反应时间对反应效果的影响。
2 实验方法2.1 氮化硼的合成本实验以天然硬硼钙石（CaO•B2O3）中提取的硼酸（H3BO3，纯度99％以上）在900℃加热30分钟得到的非结晶状氧化硼为原料，99.9％以上纯度的活性炭和99.99％以上纯度的氮气为还原剂来制备六方氮化硼。
氧化硼与活性炭（摩尔比为1:3）中加入乙醇及氧化锆球，混合粉碎24小时之后在80℃下干燥24小时，然后放入到石墨坩锅中，在氮气保护下慢慢升温至1100~1550℃后，在各自的温度下反应2~12小时，反应过程中氮气流量为20ml/分。
生成的粗氮化硼用1：1的盐酸处理，除去未反应的氧化硼和ash。
2.2 六方氮化硼的特性分析为了考察反应情况，在N2条件下以α－Al2O3为标准试剂用TG/DATE（L81-Ⅱ，Linsesis，USA）进行了热分析，用紫外线分光仪（FTIR-8400，Simadzu，japan）分析氮化硼合成情况。
试样为0.5wt%和99.5wt%KBr的混合样，测定范围在500~4000cm-1。
target 为Cukα，filter为Ni，在40kv，30mA下用X-射线衍射仪（AXPHF，Mac. Science，USA）分析生成物的结晶情况；以水为分散剂，用粒度测定仪（Mastet-sizes，Malvern Instruments，USA）进行粒度分布情况；用电子显微镜（SM-300，Topcn，Japan）在20kv下观察粒子形状和构造；用氮气等温吸着仪（TriStar，Micromeritics，USA）进行粉体（在350℃处理5小时后）特性和比表面积的测定；粉末的密度值用Accupyc TM1330（micrometitics，USA）测定。
为了测定产品纯度，在He（99.99％）下用N/O分析仪（ON-900，Eltra，German）进行分析。
3 结果与讨论氮化反应过程的热分析结果如Fig.1。
在50℃下有微弱的质量增加是因为氧化硼和活性炭吸收水分的缘故；200℃下较强的吸热是失去吸收的水分子造成的；400~600℃下较宽的发热峰是氧化硼熔融所致；1350℃开始有较大的25.1wt%重量减少和强的吸热，这说明氧化硼气化后与氮气发生了气相反应，生成六方氮化硼。
Fig.1 TG-DAT curves of a mixture of boron oxide and activated carbon （molar ratio=1:3）为了确认气相还原反应后是否生成了氮化硼，对在1450℃、1500℃、1550℃下反应6小时后产生的化合物进行了紫外分析，结果如Fig.2（a）。
固定反应温度为1500℃，改变其反应时间的紫外分析结果如Fig.2（b）。
2200cm-1 的吸收波谱为大气中的CO2；1400 cm-1为B-N伸缩振动引起的；800 cm-1为B3N3 的结构为B-N-B片状的；1200 cm-1微弱吸收波谱为B-O的伸缩振动引起的。
另一方面，由于温度的升高氮化硼含量增加，引起特征频率和吸收峰强度也随之增加。
1200 cm-1吸收波谱可解释为随着反应温度的升高氮化反应的进行氧化硼转化生成了六方氮化硼，1500℃下的紫外分析结果也说明了上述问题。
从以上的热分析结果为基础，选定合成温度及时间进行了合成，为了考察其生成物的结晶状态变化情况进行了X-线分析，分析结果如Fig.3和4。
反应时间固定为6小时，改变反应温度时的结晶变化情况分析结果如Fig.3。
从结果中可以看出反应温度低于1300℃时没有发生反应，基本以无定形的氧化硼形式存在说明；反应温度高于1400℃时生成了氮化硼结晶，在1400~1500℃之间的温度范围内随着温度的升高六方氮化硼的结晶patetrn强度也增加。
Fig.2 FT-IR spectra of powders synthesized at various(a) synthesis temperatures and (b)reaction times 在1450℃、1500℃、1550℃的反应温度下，反应时间为2，4，6，12小时的结晶状态分析结果如Fig.4。
反应温度为1450℃、1500℃，反应时间为2、4小时的分析图中可以观察到2500附近有较宽的峰，但强度较小，这说明由于反应时间较短产物中含有未反应的氧化硼和活性炭。
1550℃以上时生成的产物为六方氮化硼pattetn并与反应时间无关，从中可以推定随着反应温度的升高反应速度加快，由此可以缩短反应时间。
从以上的结果中可以得出如下的结论：提高反应温度及反应时间可提高反应速度，反应速度对氮化硼的结晶及纯度有较大的影响；气化的氧化硼才能与氮气反应生成氮化硼；反应温度在1300℃~1550℃之间反应情况差别较大；反应温度在1550℃以上时，反应时间的长短对氮化硼的合成没有产生太大的影响。
综上所述，通过氧化硼与活性炭进行氮化反应合成六方氮化硼过程中，作为反应中间体的是气相的氧化硼。
从热分析、X-线衍射分析、紫外线分析中可以看出，氧化硼的气化温度在1400℃以上，气相的氧化硼被活性炭还原为B0或 B 2，起着各自不同的中间体作用。
本氮化硼合成实验可总结为2个反应路径：首先，氧化硼（m.p.577℃，b.p1500℃,log PB2O3=-3log atm at 1400℃）被活性炭还原的同时气化，1400℃以上时开始反应，B2O3（g）3C（S）=2BN（s）3CO （g）；其次，氧化硼被活性炭还原生成B0或 B 2，再与氮气反应生成氮化硼。
为了掌握六方氮化硼的细孔特征，我们进行了氮等温吸着实验。
比表面积、细孔体积、细孔大小测定结果如Table 1，细孔大小分布图如Fig.5。
随着温度的升高比表面积、细孔体积、细孔大小也随之变大，反应温度1450℃以上时尤为明显。
从图中可以确定细孔的大小随温度的增加导致macro pore发达，有规则细孔的分布会增加六方氮化硼的比表面积。
Fig.3 X-ray patterns of powders synthesized atvarious synthesis temperatures(a) 1100℃，(b) 1300℃，(c) 1400℃，(d)1450℃，(e) 1500℃，and ( f ) 1550℃。
Fig.4 X-ray patterns of powders synthesized at various synthesis temperatures(a) 1450℃，(b) 1500℃，and (c) 1550℃Table1 BET Results of Synthesized Powders氮化硼粒度大小及形状用粒度测定仪及电子显微镜来观察,温度的不同产生的氮化硼的粒度也不同，其分析结果如Fig.6。
从X-射线衍射仪检测结果上看，反应温度在1400℃以下时粒度大小约为10μm，1500℃以上时约为0.5μm（氧化硼的粒度比氧化硼的粒度大），这说明1400℃开始氧化硼气化与活性炭发生了气相反应，1500℃下在不同的反应时间条件制备的六方氮化硼的粒子分布也说明了上述问题。
不同温度下合成的氮化硼的微细结构观察结果如Fig.7。
可以观察到在1400℃以下温度时有较高的凝集现象，并且粒度也比高温时大（Fig.7(a)）的多。
从1400℃开始粒度急剧变小，在之后的温度粒度情况较稳定（Fig.7(b)及(c)），说明了无定形的氧化硼转化成了六方氮化硼。
由气相反应合成的氮化硼中含有未反应的B2O3、活性炭、ash及碳化硼，通过酸和回火处理得到精制氮化硼。
在不同温度下合成的氮化硼精制后，用X-射线观察到的分析结果如Fig.8。
比精制前整体的衍射强度增强了，（006）及（004）面上的奇异的峰比原来更突出了，特别是（100）面和（101）面上具有的shoulder峰，精制后1450℃时留有里面，到了1500℃以上时就减少了。
这说明采用同样的方法进行后处理，如果反应温度为1450℃以下时的产物中本身含有的杂质量较高，所以产物中的杂质含量相对较高。
Fig.5 Pore size distributions of powders synthesized atvarious synthesis temperatures (synthesis time;6h)精制后的六方氮化硼粒度分析结果如Fig.9。
精制后产品粒度比精制前小，但六方氮化硼片状结晶程度提高了；反应程度受温度的影响较大，但凝集程度减少。
为了观察被精制六方氮化硼合成情况，在不同温度下合成的六方氮化硼测定密度分析结果如Fig.10。
六方氮化硼的理论密度是从JCPDS card中得到的，再利用峰值和d-spacing来计算它的体积。
反应温度在1400℃以下时密度相对大，到了1450℃时密度为2.31g/cm3,到1550℃时密度为2.30g/cm3，接近于理论密度。
1400℃以下时显示的较大密度为未反应的氧化硼（理论值为3.11 g/cm3）残留引起的，1450℃以上时显示的密度为六方氮化硼的密度（理论值为2.29 g/cm3），说明温度在1450℃以上时反应比较完全。