关于氮化硼合成的研究

增强复合材料力学性能
氮化硼纳米片具有高强度、高模量和高热稳定性等特点，可作为增强相应用于复 合材料中，显著提高复合材料的力学性能。
改善复合材料导电性能
通过在复合材料中引入氮化硼纳米片，可有效提高复合材料的导电性能，为制备 功能型复合材料提供新的途径。
在电子器件领域的应用
电子封装材料
氮化硼纳米片具有优良的绝缘性能和较低的热膨胀系数，可作为电子封装材料，提高电子器件的散热性能和可靠 性。
物理气相沉积法
利用物理方法在氮化硼纳 米片表面形成一层保护膜 ，提高其稳定性和抗氧化 性能。
结构与功能改性的结合
结构设计
通过调整氮化硼纳米片的层数、尺寸和形貌 ，实现对其物理、化学性质的调控。
功能材料复合
将氮化硼纳米片与其他功能材料进行复合， 实现其性能的优化和拓展。
新材料的探索与应用
新材料探索
制备效率的提高
实现规模化制备
通过改进剥离技术和优化制备工艺，实现氮化硼纳米片的规模化制备，满足大规模应用 的需求。
自动化与智能化
利用先进的自动化和智能化技术，实现氮化硼纳米片的连续、稳定制备，提高生产效率 。
环保性的增强
减少废弃物产生
优化剥离和制备过程，降低废弃物的产 生，实现绿色生产。
VS
环保型溶剂选择
氮化硼纳米片的剥离制备、 改性及其应用
汇报人： 2024-01-07
目录
• 氮化硼纳米片的剥离制备 • 氮化硼纳米片的改性 • 氮化硼纳米片的应用 • 氮化硼纳米片的剥离制备技术
展望 • 氮化硼纳米片的改性技术展望 • 氮化硼纳米片的应用前景展望
01
氮化硼纳米片的剥离制备
制备方法
机械剥离法
通过机械力将氮化硼块体材料逐层剥离，得到单层或多层 的氮化硼纳米片。该方法操作简单，但产量较低。

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 。

片状立方氮化硼合成及其导电特性研究
张铁臣
【期刊名称】《高压物理学报》
【年(卷),期】1998(12)3
【摘要】通过控制高压腔内的温度，压力梯度合成了粒径３００～５００μｍ的片状立方氮化硼（ｃＢＮ）单晶体，通过在原料中掺杂及对合成晶体的真空高温扩莠掺杂，获得了具有半导体电性的立方氮化硼材料并测试了其Ｖ－Ａ特性。

【总页数】1页(P168)
【作者】张铁臣
【作者单位】吉林大学超硬材料国家重点实验室;吉林大学超硬材料国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN304.23
【相关文献】
1.河北工业大学在立方氮化硼合成研究方面取得突破性进展 [J],
2.立方氮化硼合成研究取得突破性进展 [J], 唐成春;刘东升;
3.高纯片状立方氮化硼的合成及其振动光谱 [J], 王明光
4.六方氮化硼直接转化合成多晶立方氮化硼的研究 [J], 王永凯;位星;王大鹏;魏朝阳;刘红伟;鲁翠莲;张相法
5.镁基触媒合成立方氮化硼的研究 [J], 李启泉;孙湘东;刘书锋;张旺玺;崔卫民
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第14卷 第9期 精 密 成 形 工 程收稿日期：2022–05–11基金项目：国家自然科学基金（52105259）；中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室开放课题（2020K06）；江苏大学优秀青年人才基金（19JDG021，18JDG030）；江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX21_3328）；江苏省高校自然科学基金（19KJB460012）；江苏省博士后基金（2021K389C ） 作者简介：刘振强（1996—），男，博士生，主要研究方向为金属基复合材料。

刘振强，王匀，李瑞涛，何培瑜，刘宏，刘为力（江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013）摘要：在金属中添加陶瓷增强相是调控和改善金属材料结构和性能的重要途径。

传统硬质陶瓷增强相难以满足金属材料日益严苛的应用需求。

以氮化硼纳米片（boron nitride nanosheet ，BNNS ）和氮化硼纳米管（boron nitride nanotube ，BNNT ）为代表的纳米氮化硼具有极大的比表面积和优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性等，是制备性能优异的金属基复合材料的理想增强相。

系统总结了纳米氮化硼的种类和特征，综述了纳米氮化硼增强金属基复合材料的制备方法，归纳了纳米氮化硼增强Cu 、Al 、Ti 复合材料的研究成果，总结了纳米氮化硼/金属复合材料的力学和摩擦学性能，并揭示了复合材料性能改善的机理。

最后，展望了纳米氮化硼/金属复合材料的发展趋势。

关键词：纳米氮化硼；金属基复合材料；力学性能；摩擦学性能DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.09.017中图分类号：TB331 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)09-0119-12Research Progress of Nano-boron Nitride Reinforced Metal Matrix CompositesLIU Zhen-qiang , WANG Yun , LI Rui-tao , HE Pei-yu , LIU Hong , LIU Wei-li(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013, China)ABSTRACT: The introduction of ceramic fillers into metal is an effective way to optimize the microstructure and enhance the properties of metal. Traditional hard ceramic reinforcements are difficult to meet the rising application requirements of metal materials. Nano-boron nitrides such as boron nitride nanosheet (BNNS) and boron nitride nanotube (BNNT) are ideal fillers for high-performance MMCs due to the large specific surface areas and excellent mechanical, chemical and thermal properties. The types and performance of nano-boron nitrides were systematically reviewed. The preparation method of nano-boron nitride re-inforced metal matrix composites was introduced. The research works that led to the advances in nano-boron nitride reinforced Cu, Al, and Ti matrix composites were summarized. The mechanical and wear properties of nano-boron nitride/metal composites were concluded, and the mechanisms improving performance of composites were also revealed. Finally, the promising outlook of nano-boron nitride/metal composites is prospected.KEY WORDS: nano-boron nitride; metal matrix composite; mechanical properties; wear properties航空航天、深海舰船、汽车交通、核电、化工、能源等领域的迅猛发展使金属基复合材料的服役条件日趋复杂和苛刻。

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• 式中：G. I—类石墨结构的BN样品的结晶 化程度—三维有序程度。S—X射线衍射图 上各个特征反射峰(100)、(101)、(102)的 面积。
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• 图14-9为以硼砂和尿素为原料等离子技术 制备BN的X射线衍射图；表14-3中晶粒度 Lc表示六方平面层沿c轴方向的堆积厚度。
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六方氮化硼对合成的影响
如果触媒为可溶性触媒，如硼氮化物、氮化物，则提 纯工艺有所不同。
首先将试料粉碎，然后将粉碎的试料放入热水中浸泡， 并不时搅动。这样对使用上述触媒时，可将试料化开。由 于立方氮化硼比重较六方氮化硼大，立方氮化硼会在溶液 中沉淀，留在容器的最下部。当沉淀一定时间后，可将上 部不含立方氮化硼的溶液倒掉。将剩余的料加水煮沸，重 复上述过程，这样可以去掉大部分六方氮化硼粉。
• 混料设备，混料设备的作用是将六方氮化硼和其 他原料充分混合均匀。
• 压料设备，压料设备的目的是将粉体形状的原材 料压制成生产上所需要尺寸的棒料，同时保障棒 料的密度，以利于传压。
• 后处理设备，后处理设备是将立方氮化硼从合成 后的棒料提纯出来。
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• 主要原材料：六方氮化硼和触媒
氮硼化合物
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六方氮化硼
碱处理与酸处形。整形后要进行 筛分、选形等处理，从而得到不同型号的 立方氮化硼晶体。
• 同学们，本堂课讲到这里，下课！
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如果触媒为金属或合金，则应先除金属、然后再除六方氮化硼等杂质。去 除金属镁:盐酸与料比为1:1，煮沸半小时，金属Mg溶解
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去除六方利用比重不同，采用选矿的方法。 碱处理HBN和叶蜡石：低温熔融态的K、Na等金属的氢 氧化物可以溶解HBN，而对CBN没有影响。
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为防止温度高时腐蚀CBN，可用混合碱以降低熔点。 NaOH:KOH =1:2质量比混合碱，它们各自的熔点分别为 360℃和320℃，混合后熔点300℃，碱处理后用水洗去溶 解物，并酸洗至中性，即得CBN。

六方氮化硼结构
六方氮化硼结构是由六面体氮化硼配体和六个金属半原子组成的复杂的结构。

这种复杂的结构具有独特的功能，例如八价配位和半导体性质。

六方氮化硼结构的研究是一个比较新的学科，目前正在发展非常快。

六方氮化硼结构特别适合用于电化学及有机光电功能材料中，因为氮化硼配位
能够引入有效的电荷，从而影响到材料能带结构，改变它们特定的功能性能。

此外，氮化硼结构主合成过程还可以调节金属(半)原子在催化剂表面的活性，调节它们在原料组合与功能性结果间的关系，从而影响材料的最终性能。

六方氮化硼结构也具有优越的光物理性质，使它特别适合作为介质，从而可以
改变材料的电子传输和光学性质，从而真正发挥其功能性能。

此外，它也可以应用于荧光探针分子的设计和合成，以便实现特定的重要的生物荧光标记材料，增加bioelectrical 和 photochemical processes 的应用范围。

六方氮化硼结构具有承载大量界面信息的能力，可以作为新型架构用于光电子
器件中，例如可见光响应机制，电子传输机制，离子传输机制等。

这些机制不仅可以改变材料的机械性质，而且可以影响材料的光电子性质，从而改善材料的功能性能。

六方氮化硼结构是一种新型的结构，具有许多独特的性能，可以应用于诸多方面。

通过对其结构，形态和特性的不断研究，可以扩大它在众多领域的应用范围，从而为社会发展作出贡献。

低的热膨胀系数及高导热率，使六方氮化硼的抗热冲击性能相当优良。
2 六方氮化硼
六方氮化硼的性能
②机械性能。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℃。常温下润滑性能较差，故常与氟化石墨、石墨 与二硫化钼混合用作高温润滑剂。 六方氮化硼是一种软性材料，莫氏硬度仅为2。由于BN晶 体的类石墨层状结构，由片状晶体热压成型的致密HBN瓷体 具有一定程度的定向排列，这种微观组织使HBN制品的某些 性能具有较明显的各向异性特性。热压HBN的机械性能在平 行于受压方向的强度比垂直于受压方向的强度大。 另一特点是机械加工性好，可以车、铣、刨、钻、磨、切 ，并且加工精度高，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。
多的分解温度可达 3 000 ℃的化合物之一，hBN 纤维被用作防热透波部件的陶瓷基复合材料的增强剂， 可制造耐烧蚀、介电性能和抗震性能优良的超高温防热功能 材料。h-BN 纤维的拉伸强度和弹性模量决定了其使用性能 。 （1）化学转化法该方法是以硼酸为原料先制备出 B2O3 凝胶纤维，然后将其在 NH3(低温氮化)及 N2(高温氮化)气氛 下高温转化为 h-BN 纤维。 （2）硼–氮有机先驱体法。首先将分别含硼和氮的有机化 合物经化学反应合成可用于制备h-BN 的高聚物先驱体，再 将其纺丝制成纤维，先驱体纤维经高温氮化转化为 h-BN 纤 维。
2 六方氮化硼
石墨结构与六方 氮化硼结构
2 六方氮化硼
六方氮化硼的性能
六方氮化硼（h-BN）具有优良的电绝缘性、极好的化学稳 定性以及优良的介电性能。
①热性能。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。 六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之一，导热率为 石英的十倍，在垂直于 c 轴方向上有较高的热导率 60W/(m· K)；低的热膨胀系数，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41x10^-6/C ，而在d轴方 向上为2.3x10^-6/C，所以抗热震性能很好。

氨 合成 Ｂ 。 Ｎ
有 立方 和 六 方 ２种 结 构 形 式 。 前 者 因 其 硬 度 高 （ 接近 金 刚石 ） 作为 磨料 ： 者 属六 方 晶 系 ， 可 后 晶格 常数 ａ ．Ｏ０Ａ， ＝６ ６ １ 色 白 ， 有 类 似 ＝２５４ ｃ ．６２Ａ， 具 石 墨的 结构 ， 固有 “ 白石 墨 ” 称 。Ｂ 之 Ｎ具有 很 多 其
１ｈ形 成 Ｂ 。 ０ Ｎ
（）Ｂ０ ＋ Ｎ ３ Ｂ ６ Ｈ ２２ ２３ ４ Ｈ叫 Ｎ＋ Ｈ Ｏ
用通 Ｎ ３ 办法 提 供 了 活 泼 的 氮基 ， 补 了 Ｈ 的 弥 常 规 中温 化 学反 应 速 度 低 的弱 点 。
’
氮化在石墨舟 内进 行反应 ， 往合成炉 内进 舟 及 出舟 是按 氮 化 反 应 温 度 要 求 连 续 进 行 的 ， 同 如 隧道 窑 作业 制 度 一 样 ， 我们 称 之 为连 续 合 成 法 。
应， 而制得 Ｂ ， Ｎ 制备方法虽然较多 ， 但理想的方法
９ ％， ９ 氯化铵含 有少量游离水分 ， 易粘结成块 ， 容 不易分散（ 吸潮性强） 。因此在粉磨前需烘干去游 离水 ， 存于干燥处。 ２ １３ 粉磨 、 ．． 配料 、 合 混 用刚玉球球磨将原料进行粉磨 、 配料、 经配合 的物料在瓷筒中混合（ 检查均匀性 ， 在不同的位置 ２ 点取样分析 Ｃ 的含 量， ｌ 在同一时间 内 ２点样 品
高， 度达到 ９ ％ 以上 ， 纯 ７ 结晶程度 完整的六 方氮 化硼。其合成工艺的特点是用刚玉炉管代替 了国 内现行 的不锈钢炉管 ， 降低了生产成本 ， 生产效率 大大提高 ， 使氨 氮法制备 Ｂ Ｎ的生产方 法向前推 进 了一步 ， 提高到一个新的水准。
作者 简介 ： 胡婉莹０９ ４ ， ， ６ ～） 女 大学 ． 主要从 事无机材料Ｎ计纯 度 （ ） ％

无机化学的最新研究进展无机化学是化学中的一个重要分支领域，研究范围包括无机化合物的性质、组成、结构、合成、反应机理等方面。

随着科技的进步和生命科学的发展，无机化学的研究越来越受到人们的关注。

本文将介绍无机化学领域的几个最新研究进展。

1. 氮化硼材料的制备及性能研究氮化硼是一种重要的无机化合物，具有良好的机械性能、耐高温、化学稳定性和电性能，被广泛用于电子器件、高温结构材料等领域。

最近，研究人员在氮化硼材料的制备方法和性能研究方面取得了重要进展。

多种新型氮化硼材料的制备方法被成功开发，例如气相沉积法、高温反应法等，同时，研究人员也发现了氮化硼材料在气敏、光敏等方面的新应用。

2. 卤化物钙钛矿材料的合成与性质研究卤化物钙钛矿是一种具有优异光电性质的无机化合物，可以被用于光电器件、能源转换等领域。

最近，研究人员发现，改变卤素元素种类与比例以及阳离子种类和含量等因素，可以大大调节卤化物钙钛矿的光电性质和物理化学性质，从而有望实现对此类材料的精细调控和优化，开拓新的功能材料领域。

3. 金属-有机配合物的合成及应用研究金属-有机配合物是一类重要的无机化学材料，具有复杂的结构和丰富的化学性质，广泛应用于催化、分离、药物等领域。

最近，研究人员在金属-有机配合物的合成和性质研究方面取得了许多突破，研发出了新型高效的催化剂、分离材料和药物分子等。

同时，通过对其光电性质的研究，也有望将其应用于光电器件和光催化等领域。

4. 含氟盐酸盐材料的研究含氟盐酸盐是一类新型无机盐，具有较好的热稳定性、酸碱稳定性和光学性能，被广泛应用于功能涂料、生物医药、光电材料等领域。

最近，研究人员发现，不同结构的含氟盐酸盐在不同领域具有不同的应用前景，例如，一些分子型含氟盐酸盐可以被用于药物分子的调控，而层型的含氟盐酸盐则可以被应用于氧化亚铁的催化反应。

总的来说，当前无机化学领域的研究越来越深入，涉及的领域也越来越广泛。

上述几个领域的最新研究进展为无机化学领域的发展提供了新的思路和研究方法，有望推动无机化学材料的应用和创新。

第!"卷第#期超硬材料工程$%&’!" ())*年!)月+,-./01/2314./516.7857../5789:;< <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<’())*影响立方氮化硼单晶合成效果的工艺探讨=韦家新>林峰>何绪林>冯吉富?桂林矿产地质研究院国家特种矿物材料工程技术研究中心>广西桂林#@!))@A摘要B通过对立方氮化硼单晶生产工艺的改进>六方氮化硼的转化率提高了一倍>单产有了较大幅度的提高>合成电流较为平稳>较好地保护了导电钢圈>因而顶锤消耗明显降低>达到了高产低成本的效果C关键词B立方氮化硼D合成D工艺改进D六方氮化硼中图分类号B4E!*@文献标识码B1文章编号B!*F G H!@G G?())*A)#H))!#H)GI J K L M N J O P J Q K R O S T U V T K O W X V P J Q L N O U Y V S R L V Y J S Z N V P V[.5\]^_‘]a>657b c a d>0.e f_&]a>b.78\]_g f?h i j k j l m n o n p q r s t l o u j u i u n v wh n v k v x yw v q zj l n q p k m n o v i q r n o>h i j k j l#@!))@>{s j l p D|p u j v l p k}~n r j p k zj l n q p k zp u n q j p k!l x j l n n q j l xm n o n p q r s{n l u n q>h i j k j l>h i p l x"j#@!))@>{s j l p A #$V S U R O S B4%c;&^a’g%&(^;]%a&^;c%g%c‘^d%a^&)%&%aa];&]*c]’*%f)&c*^g;c&]a a%+^;]%a%g:,7’]a d&c:&-’;^&’-a;%c’]’;c:%a%&%d-.];%^a%)+]%f’]a:&c^’c%g%f;/f;^a*&c&^;]+c&-’;^)&c:f&&c a;g%&’-a;%c’]0]a d>&c’f&;c*]a d%%*/&%;c:;]%a%gc&c:;&]:’;c c&&]a d>;%c&c g%&c>;%c:%a’f(/;]%a%g^a+]&%^’)c c a&c*f:c*:%a’]*c&^)&-^a*^:%]c+c*%]d%/&%*f:;]%a.];%&%.c&:%’;’1N Y2T U3V B:,7D’-a;%c’]’D;c:%a%&%d-](/&%+c(c a;D0c‘^d%a^&)%&%aa];&]*c立方氮化硼是一种人工合成的超硬材料>其硬度仅次于金刚石>但其热稳定性高于金刚石且不易与铁族金属反应>使其成为加工铁族金属及其合金4高温合金4喷涂和堆焊等硬4韧难加工金属材料的理想磨料>其合成聚晶体是性能最优异的刀具材料之一5!6C 因此>立方氮化硼材料的应用解决了金刚石工具不能加工铁族金属及其合金的技术难题C随着机械加工业的日新月异>难加工材料的不断出现>立方氮化硼得到了广泛的应用C另一方面随着立方氮化硼合成技术的不断创新>其产品品种的不断扩大和产品质量不断提高>对机械加工工业的技术创新所做出的贡献也越来越大5(6C因此>发展立氮化硼产品存在巨大的商机C我院对立方氮化硼产品一直较为重视>但是立方氮化硼单晶的生产一直存在高成本低产量的情况C基于这种现象>本研究在立方氮化硼单晶的生产工艺上作了一些改进>本文就合成立方氮化硼单晶方面进行一些工艺因素的探讨C!实验实验选用纯度78"9的/型六方氮化硼作为合成材料>镁粉作为催化剂>将原材料按一定比例混合均匀>预压成型>选用8@型石墨材料加工成的碳管#!=收稿日期B())*H)F H!)作者简介B韦家新?!8*8HA>男>工程师>主要从事超硬材料和立氮化硼面的研发工作C作为合成加热体!采用新型"#$专用复合块叶腊石!在铰链式六面顶压机上合成!合成腔体内的温度为%&’()*%+%+)!压力为&,-*+,-./01组装方式如图%所示12实验结果与讨论2,%采用不同性能叶腊石的工艺试验在金刚石的合成过程中!使用不同的粉压叶腊石!不仅所需的压力与温度不同!而且合成出的金刚石的产量3粗粒度比例和晶体的抗压强度及产品的质量等合成效果也明显不同1因而认为!叶腊石对立方氮化硼单晶的合成也会有较大影响!而且两种材料的合成对叶腊石的要求也会有所不同1基于这一思路!采用了不同的叶腊石进行了立方氮化硼单晶合成!合成块组装如图%!结果如表%所示1图%合成块组装图456,%7889:;<=8>9?"@A B"A:C A85?9;<A">表%采用不同叶腊石合成"#$的试验效果D0;<9%E F C9G5:9H?G98I<?A B8=H?@985J5H6"#$K5?@L5B B9G9H?C=G A C@5<<5?9采用叶腊石时间M:5H N表压M O/0N平均电流M格N电流波动M格N@#$转化率M PN普通粉压叶腊石&%-Q-R(%&(%金刚石用复合叶腊石&%-(-(S Q&R,( "#$专用复合叶腊石&%-2-(R&S S,R 结果表明!用"#$专用复合叶腊石合成"#$的效果最好12,2对叶腊石的焙烧设备和工艺进行改进焙烧对叶腊石性能有一定的影响!可提高叶腊石的内摩擦系数和增强隔热3密封性能!这对改善传压性能和传压稳定性等使用性能是有益的T(U1但是!如果焙烧出的叶腊石性能不均匀!将同样不利于稳定合成工艺与合成效果1原来采用的烘烤箱只能通过底部的普通电炉丝对叶腊石进行加热焙烧!这样就造成了靠近底部热源的叶腊石脱水较快!且多与烤箱顶部的叶腊石性能有较大差异!使合成工艺波动较大!影响了合成效果1同时!焙烧时采用的是少阶梯3高温3短时间的工艺!也加剧了烤箱底部叶腊石与顶部叶腊石的性能差异1根据这一现象!本研究选用了以红外线加热管对叶腊石进行分层单独加热的烤箱!焙烧采用多台阶3相对低温3长时间的新工艺!经焙烧后得到的叶腊石在硬度3传压和密封性能上都很均匀!其用于合成"#$时!工艺稳定!电流波动小!合成效果较好12,(提高装料密度原来在预压粉料时!直接将粉料称好!边捣实边装入压模!一次加压将粉料压制成型1这样得到的料棒致密度较低!在合成过程中!随着合成压力的升高!该合成棒M料棒与碳管的组装体N的上下端受导电钢圈压力的部分内凹加剧!对上下端产生的拉伸作用!使上下端在径向处明显变薄!电阻加大!引起电流急剧下降!操作中极易产生烧锤甚至V放炮W!增加了生产成本!同时!也给使用长时间的加热工艺增加了困难1而加热时间的过短!使合成出的立方氮化硼单晶的质量受到很大的影响1于是!本研究对预压工艺进行了改进!采用多次投料分次加压的预压工艺!提高了棒料的致密度M每个棒料的料重比原来的料棒增加了%2P N!使合成出的立方氮化硼单晶无论从质量还是产量上!都要明显优于改进前1其结果如表2所示1表2不同预压工艺的合成效果D0;<92X=H?@9?5"9B B9"?A B L5B B9G9H?C G9Y C G9885H6?9"@H A<A6=一次加压分次加压%分次加压2产量M"?Z":(N%,S(,R&(,++S%!"#改进组装在合成中$既要在腔体内产生合成所需的高温$又要保证腔体两端不能过热$从而避免烧锤$以减少锤耗$降低成本%此外$还应降低整个合成腔体中的温度梯度和压力梯度$使整个料棒都处于优质立方氮化硼合成区的温度&压力条件$才能达到改善合成效果的目的%通过对导电钢圈&金属片&碳片及碳管的重新设计$以及组装方式的改变$使合成腔体中心的压力&两端的温度都得到了提高$从而使合成腔体内的压力梯度和温度梯度得到了较大的改善$整个腔体都处于一个压力&温度分布比较一致的环境中$改进后合成效果比改进前有了非常显著的改善%结果如表’所示%表’改进组装前后合成效果对比()*+,’-./0)123.4.567,38467,629,55,96*,5.1,)4:)56,167,2/01.;,/,46.567,)33,/*+8改进前改进后<改进后!7=>转化率?@A’<B C"D B B"#!"E控制工艺由于7=>转化为9=>需要较高的温度$现国内主要采用石墨作发热源%7=>及9=>均为高温绝缘物质$因而合成过程中与合成金刚石的合成工艺区别较大%合成9=>单晶过程中$石墨本身会有形变$而且高温下其电阻会变化$在高温高压合成过程中$石墨作为发热源和惟一的导电通路$石墨的体积所占腔体比例小$但由于它作为导电体&发热体的惟一性$石墨的形变及其电阻很小的变化都能马上表现出来%这样能方便观察工艺参数$但对于精控工艺是不利的%所以只有控制好前期工序$才可能有严格的工艺控制%按本研究的工艺控制经验$主要控制下面几个工艺参数F合成压力&合成电流?精控波动#格以内A&合成时间&超压速度等%合成观察的最佳工艺点为颜色均匀&有亮晶晶粗粒的土色合成棒%!"B工艺改进前后的批量试验结果在其他条件不变的前提下$进行工艺改进前后的批量合成试验$结果如表#所示%表#工艺改进完成前后合成效果对比?以G!C腔体为例A()*+,#-./0)123.4.538467,629,55,96*,5.1,)4:)56,16,974.+.H29)+2/01.;,/,46?6)I24H67,G!C97)/*,1)3,J)/0+,A批量次块数单产?96A工艺稳定性锤耗?I H K万96A 原生产情况’E D D B"!不够稳定L"E B改进后批量一!’#D<’"#比较稳定C改进后批量二’’#<<#"B比较稳定C"M B从以上对比情况看$工艺改进后的合成效果明显优于改进前%’结论?<A采用复合叶腊石块尤其是适合于9=>单晶的专用复合块$可以使7=>的转化率提高一倍以上N ?!A对叶腊石采用匹配的焙烧工艺进行焙烧$可以明显改善9=>合成工艺的稳定性N?’A提高料棒的预压密度$选用温度梯度和压力梯度较小的组装方式$可以得到较好的合成效果N ?#A选定合适的工艺参数并加以控制$可以达到较为理想的合成效果%参考文献FO<P林峰$等"我国立方氮化硼多晶&复合体的发展O Q P"中国超硬材料$!C C’?’A F<L"O!P王光祖"添加物对立方氮化硼?9=>A合成及其特性的影响O Q P"超硬材料工程$!C C E?#A F D"O’P王松顺"粉压叶腊石性质对金刚石的合成影响O Q P"磨料磨具通讯$!C C E?M A F#"L<。

一
阶段 的反应 主 要 是 无 机 反 应 ， 物 中 的化 学 键 产
继续发生断裂 ， 剩下的硼 、 氮转化成氮化硼微 晶。 １ ５ ℃时， ０ ９ 产物 的氮含量却 略有下降 ， 其原 因可 能是反应温度太高 ， 生成了微量的碳化硼。
李 志顺 沈春英 丘 泰
（ 南京工业 大学 ， 南京
２ ００ ） １０ ９
摘 要 ：以三聚氰胺和硼酸为原料 ， 用有机化学法合成先驱体， 制备氮化硼纤维。采用中和滴定法、 红外吸
收光谱 、 Ｘ射线衍射及扫描 电镜进行氮化硼纤维 的氮含量 的测定 及结 构分析 。结果 表明 ： 的先驱体是结 合成 晶体 ， 晶体发育 良好 ； 得的氮化硼纤维具有 Ｂ Ｎ键 、—Ｎ六元 环的特征吸收 ； 制 — Ｂ 随着氮化处理温 度的提高 ，
氮化硼纤维的制备方法通常有化学转化法 、
有机先 驱 体 法 两种 。作 者 采 用 有 机先 驱 体 方 法心 Ｊ以三聚氰胺和硼酸为原料 ， 成纤维状 先 ， 合
电子显微镜 （Ｅ 观察氮化硼纤维的形貌。 Ｓ Ｍ）
２ 结 果与讨 论
驱体 ， 然后氮化制备氮化硼纤维 。文中对先驱体 ２ １ 先 驱体 ＸＲ 分析 ． Ｄ 法制备氮化硼纤维的结构进行了分析研究。 从图 １中可以看 出： 合成的先驱体为结晶体， 且晶体发育 良 。图中没有反应物三聚氰胺和硼 好
１３ 氮化硼纤维的制备 ．
Ｉ
１ ０
２ ０
ｌ ＾ ．． ｌ 』 ． ．
３ ０ ４） （ ５ ０ ６ ｏ
２０ ）
将先驱体在石墨真空电阻炉 中通氮气 ， 氮化
合 成 氮化 硼 纤 维。氮化 处 理 温度 为 ３ ０ ５０ ５ ，６ ，
７ ０ ９０ １１０ １ ０ ， ５ ０ １ ０ ， ９０Ｃ， ６ ，０ ， ０ ， ３０ １ ０ ， ７０ １ ５ ｏ 保温 时间 ３ ， 炉内气体微正压 ， ｈ 氮气流量 ２ ／ ｉ。将 ｍｎ Ｌ

BN的生成反应为：
BBr3 + Li3 N → BN + 3 LiBr
同样，采用、白磷和 为原料，通过水热法在300℃ 下可以合成hBN纳米微粉。 水热法的工艺条件相对容易控制，产物粒度可达到 纳米级，均匀性和球形度良好，但产率普遍偏低。以 水为溶剂比较环保，但需要较高的温度，而有机溶剂 可将反应温度显著降低，但是有机溶剂和所用原料不 稳定且有毒，会对环境造成污染。因此选用合适的 溶剂、原料和添加剂来降低反应温度并提高产率将 是以后研究的重点。
（３）用作功能材料．随着微电子技术的飞速发展，元器 件组装密度和集成度越来越高，必须克服发热器件的散热 问题．，用高导热性氮化硼可以作为填料制备复合材料于 封装材料，满足高频场合发热元器件的散热需求．用氮化 硼填充硅橡胶制备导热复合材料，随着立方ＢＮ含量的增 加，复合材料的热失重和热膨胀系数明显降低，导热系数 和耐热性升高，但对橡胶的硫化反应影响不大。 立方氮化硼具有高稳定性、高热导率、高硬度以及宽 带隙等一系列优异的性能，使得它在高温大功率半导体器 件研制、短波长和紫外光电子器件制备、热沉材料、切削 和磨削材料、耐高温耐磨防护涂层、高通透高稳定性窗口 研制等方面具有广阔的应用前景。
Al2O3 1200~1900 220~350
六方BN和其它材料的热性能 六方 和其它材料的热性能
HBN BeO Al2O3 滑石 石英 氟树 ZrO2 瓷 玻璃 脂
900（氧 气） 最高使用 2000 1750 1100 2000 130 温度/℃ 2800（氮 气） 1.67~ 热导率 25.1 255.4 25.1 2.51 2.09 [(w/m.k)] 4.19 热膨胀系 0.7（⊥） 7.8 数/10-6℃-1 7.5（∥） 8.6 8.7 10.0 6.5