1、氮化硼粉體的制備與表征學生姓名：張萍指導教師：唐竹興LOGO目錄一、課題的目的意義二、近幾年來研究現狀三、設計方案的可行性分析和預期目標四、所需要的儀器設備、材料五、課題分階段進度計劃一、課題的目的意義氮化硼的結構及性能氮化硼的結構及性能氮化硼是由氮原子和硼原子構成的晶氮化硼是由氮原子和硼原子構成的晶體，該晶體結構分為：六方氮化硼體，該晶體結構分為：六方氮化硼（HBNHBN）、密排六方氮化硼（）、密排六方氮化硼（WBNWBN），），其中六方氮化硼的晶體結構具有類似其中六方氮化硼的晶體結構具有類似的石墨層狀結構，呈現松散、潤滑、的石墨層狀結構，呈現松散、潤滑、易吸潮、質輕等性狀的白色粉末，所易吸

2、潮、質輕等性狀的白色粉末，所以又稱以又稱“白色石墨白色石墨”。氮化硼的用途氮化硼的用途六方氮化硼應用十分廣泛。六方氮化硼應用十分廣泛。 1. 1.金屬成型的脫模劑和金屬拉絲的潤滑劑。金屬成型的脫模劑和金屬拉絲的潤滑劑。 2. 2.高溫狀態的特殊電解、電阻材料。高溫狀態的特殊電解、電阻材料。 3. 3. 高溫固體潤滑劑，擠壓抗磨添加劑，生產陶瓷復高溫固體潤滑劑，擠壓抗磨添加劑，生產陶瓷復合材料的添加劑，耐火材料和抗氧化添加劑，尤合材料的添加劑，耐火材料和抗氧化添加劑，尤其抗熔融金屬腐蝕的場合，熱增強添加劑、耐高其抗熔融金屬腐蝕的場合，熱增強添加劑、耐高溫的絕緣材料。溫的絕緣材料。 4. 晶體管的

3、熱封干燥劑和塑料樹脂等聚合物的添加劑。 5. 壓制成各種形狀的氮化硼制品，可用做高溫、高壓、絕緣、散熱部件。 6. 航天航空中的熱屏蔽材料。 7. 在觸媒參與下，經高溫高壓處理可轉化為堅硬如金剛石的立方氮化硼。 8. 原子反應堆的結構材料。 9. 飛機、火箭發動機的噴口。 10.高壓高頻電及等離子弧的絕緣體。 11.防止中子輻射的包裝材料。 12.由氮化硼加工制成的超硬材料，可制成高速切割由氮化硼加工制成的超硬材料，可制成高速切割工具和地質勘探、石油鉆探的鉆頭。工具和地質勘探、石油鉆探的鉆頭。13.冶金上用于連續鑄鋼的分離環，非晶態鐵的流槽冶金上用于連續鑄鋼的分離環，非晶態鐵的流槽口，連續鑄鋁

4、的脫模劑（各種光學玻璃脫膜劑）口，連續鑄鋁的脫模劑（各種光學玻璃脫膜劑） 14.做各種電容器薄膜鍍鋁、顯像管鍍鋁、顯示器鍍做各種電容器薄膜鍍鋁、顯像管鍍鋁、顯示器鍍鋁等的蒸發舟。鋁等的蒸發舟。 15.各種保鮮鍍鋁包裝袋等。各種保鮮鍍鋁包裝袋等。 16.各種激光防偽鍍鋁、商標燙金材料，各種煙標，各種激光防偽鍍鋁、商標燙金材料，各種煙標，啤酒標、包裝盒，香煙包裝盒鍍鋁等等。啤酒標、包裝盒，香煙包裝盒鍍鋁等等。 17.化妝品用于口紅的填料，無毒又有潤滑性，又有化妝品用于口紅的填料，無毒又有潤滑性，又有光澤是法國最好的口紅。光澤是法國最好的口紅。二、近年來研究現狀氮化硼是人工合成材料，盡管在氮化硼是人

5、工合成材料，盡管在1919世紀早期已被世紀早期已被合成出來，但直到合成出來，但直到2020世紀的后半葉才開始發展成世紀的后半葉才開始發展成為一個被廣泛應用的材料。近年來，氮化硼新的為一個被廣泛應用的材料。近年來，氮化硼新的應用層出不窮，各種形式的氮化硼粉末，如納米應用層出不窮，各種形式的氮化硼粉末，如納米級的顆粒、球形顆粒、大結晶產品、亂層結構等，級的顆粒、球形顆粒、大結晶產品、亂層結構等，也在不斷地使用新的合成工藝被合成出來也在不斷地使用新的合成工藝被合成出來。國內傳統的合成方法氮化硼的合成方法很多，但基本原理氮化硼的合成方法很多，但基本原理均為將硼源（硼砂、硼酸等含硼元素均為將硼源（硼砂、

6、硼酸等含硼元素的化合物或者元素硼）與氮源（氨、的化合物或者元素硼）與氮源（氨、尿素、三聚氰胺等含氮化合物）一起尿素、三聚氰胺等含氮化合物）一起加熱反應精制而成。加熱反應精制而成。使用無水硼砂與三聚氰胺作為硼源及氮源進行反應，制得氮化硼，其反應式為： 3NaB4O7 + 2C3N3(NH2)3 12BN + 3Na2O + 6CO2 + 6H2O 此方法與上述方法合成出的產品有所不同，其合成出的六方結晶形態不完整，由于該種氮化硼的結晶在低溫下不完整，當在高溫（1600-2000）下，其結晶反而會生長的較大且完整，因此該方法生產出的產品如經過高溫精制工序，會生成3-5微米的較大結晶。使用硼酸和三聚

7、氰胺分別作為硼源和氮源，其反應式為： 3H3BO3 + C3N3(NH2)3 = 3BN + 3CO2 + 3NH3 + 3H2O 在小于1000下反應，由該方法制得的產品其晶體結構為大量的六方亂層結構，由于沒有生成好的結晶，其產品粒徑為亞微米級，適用于作為填料及高級陶瓷原料使用。當低溫產品經過高溫精制后，它可得到10-20微米級的，高結晶度的六方氮化硼產品，適用于較高級的場合使用，如脫模劑、化妝品、電氣絕緣填料等方面。在所有的工業規模生產中，還有一種方法，即氣相沉積技術（CVD）生產的氮化硼粉末及制品，其所生產的氮化硼產品稱為熱解氮化硼，簡寫為PBN。該方法的化學反應式為：BCl3 + NH

8、3 = BN + 3HCl 熱解法可以直接在一個模具上進行沉積成形，直接生產出純氮化硼制品，也可以生產PBN的粉末，該法成本較高，但產品純度是所有工業規模生產方法中最高的，可達到99.9以上。適用于特殊方面的需求。 使用三氯環硼氮烷（TCB）作為前驅體合成六方氮化硼最近研究的很多，這個方法有一個優點，是可以將TCB通過精餾的方法提純，從而可以得到高純的六方氮化硼粉體，可用于一些特殊的行業要求。但該前驅體成本過高，限制了它的一些工業化應用。三、設計方案的可行性分析和預期目標 以尿素、硼酸為原料合成一種六方氮化硼以尿素、硼酸為原料合成一種六方氮化硼t-BN粉體。粉體。 實驗首先在近似密閉的容器中將

9、混合好原料，研磨，然后烘干，壓制成片，在氮氣氛下燒結。可行性分析：(1)以化學純硼酸和尿素為原料，四硼酸鈉為助熔劑，控制氮與硼的摩爾比在2-3之間，助熔劑為0-20，既保證有足夠的氮與硼反應，又能夠獲得大小均勻的氮化硼粉體。(2)整個實驗過程易于控制,可以實現過程的完全而精確的控制。(3)學院現擁有先進的燒成設備，分析測試所需要的儀器及設備，為本試驗提供了可靠的硬件保障。(4)導師扎實的理論基礎及實踐經驗為本課題的順利進行提供了保障。預期目標：1、分析熱力學原理計算出合成溫度與實際合成。、分析熱力學原理計算出合成溫度與實際合成。2、燒成溫度對氮化硼物相的影響。、燒成溫度對氮化硼物相的影響。四、所需要的儀器設備、材料原料：硼酸(工業級)、 尿素 (工業級)、 氮氣、 鹽酸。設備：電子天平、球磨機、燒結爐、烘箱、煅燒爐、壓模機、XRD