一种六方氮化硼粉体及其制备方法和应用与流程

本发明属于无机非金属材料，具体涉及一种六方氮化硼粉体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、立方氮化硼(c-bn)是仅次金刚石的一种超硬材料，其具有很高的硬度、远高于金刚石的热稳定性和化学惰性(对铁系金属元素有较好的化学稳定性)。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产效率，且有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，提高工件的磨削质量，保持工件的表面完整性，从而提高零件的疲劳强度，延长使用寿命，增加可靠性，因而立方氮化硼磨具在机械加工领域具有广阔的应用，特别是近几年在氮化硼陶瓷砂轮和氮化硼陶瓷车铣削刀具领域的应用在逐年快速增长。

2、立方氮化硼(c-bn)是由特殊晶型的六方氮化硼和触媒在六面顶压机上经高温高压下合成。由于六方氮化硼粉体的应用领域主要偏向于六方氮化硼粉体的制品应用，目前厂家没有深入定向于超硬材料的特殊晶体结构的六方氮化硼粉体的特殊研究和供应方向，导致加入触媒后生成的立方氮化硼粉质量参差不齐，从而制约了立方氮化硼粉体质量的提升，极大影响了氮化硼粉产率。为此行业内急需一种用于高效能转化为立方氮化硼粉的生产用六方氮化硼粉。

3、目前用于立方氮化硼粉生产用的六方氮化硼粉，在行业内的技术指标没有明确的定性，各厂家以自己的指标标准采购六方氮化硼粉，造成行业内粉体质量不一，基本都需要酸洗、碱洗和水洗才可纯净，环保压力大。如何提高六方氮化硼粉体的稳定性和活性，降低碳杂质和非碳杂质含量的问题急待解决。中国专利cn105967156a公开了一种合成c-bn专用的h-bn粉体及其制备方法。但是这种方法中引进触媒和加入碳酸盐和硝酸盐，会降低六方氮化硼粉体的纯度，引入不必要杂质。即使加入炭黑也不能完全去除粉体内氧含量和三氧化二硼含量。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种六方氮化硼粉体及其制备方法和应用，本发明制备的六方氮化硼粉体纯度高，杂质少，氧和b2o3的质量含量低，易于转化为立方晶型的立方氮化硼，其粉体转化率最高可达75％。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种六方氮化硼粉体的制备方法，包括以下步骤：

4、将含硼物质、含氮物质和水第一混合后，进行水热反应，将所述水热反应所得产物和金属氯化物第二混合，得到氮化硼前驱体；

5、将所述氮化硼前驱体依次进行压制和烧结，得到六方氮化硼粉体；

6、所述烧结在氮气氛围中进行。

7、优选的，所述含硼物质包括硼酸、偏硼酸、氧化硼、硼酸钠、硼氢化钾、硼酸铵和硼化镁中的一种或几种。

8、优选的，所述含氮物质包括三聚氰胺、氯化铵、尿素、脲醛、溴化铵和双氰胺中的一种或几种。

9、优选的，所述含硼物质中硼和含氮物质中氮的原子摩尔比为2.3～2.9:1。

10、优选的，所述金属氯化物包括氯化镁、氯化钾、氯化钠和氯化钙中的一种或几种。

11、优选的，所述压制的压力为80～100kg/cm2。

12、优选的，所述烧结的程序包括：由室温第一升温至第一温度，进行第一保温；由第一温度第二升温至第二温度，进行第二保温后，自由降温至室温。

13、优选的，所述烧结的压力为0.05～0.1mpa。

14、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的六方氮化硼粉体，所述六方氮化硼粉体的纯度≥97％，结晶化程度gi值为1～2，晶型形貌为r-bn，晶粒尺寸为6～20μm，比表面积为10～13m2/g，所述六方氮化硼粉体中氧的质量含量＜0.5％，所述六方氮化硼粉体中b2o3的质量含量＜0.8％。

15、本发明还提供了上述技术方案所述六方氮化硼粉体在制备立方氮化硼中的应用。

16、本发明提供了一种六方氮化硼粉体的制备方法，包括以下步骤：将含硼物质、含氮物质和水第一混合后，进行水热反应，将所述水热反应所得产物和金属氯化物第二混合，得到氮化硼前驱体；将所述氮化硼前驱体依次进行压制和烧结，得到六方氮化硼粉体；所述烧结在氮气氛围中进行。本发明将含硼物质、含氮物质和水通过水热反应形成前驱体化合物，再与可产生“熔池”的金属氯化物混合，得到氮化硼前驱体，然后进行压制和烧结，得到六方氮化硼粉体，其结晶化程度高，粉体活性好，具有较低的向立方氮化硼转化的势垒，大约为7ev，而市面上常用六方氮化硼粉体直接转化为立方氮化硼需要克服的能量势垒为9.4ev；另外，本发明制备的六方氮化硼晶型组成的粉体是由无数个类似雪花形状的六角形结晶体组成，是结晶化的无序结构的粉体堆积，与触媒粉体混合后在放大镜下呈现蜂窝状堆积形式，易于触媒粉体分散于六方晶型粉体内部各个空间，易于形成晶核，高温高压下易于进行六方晶型到立方晶型的催化转变过程，其粉体转化率最高可达75％。本发明通过氮源、硼源和水通过水热反应制备得到的前驱体化合物，相较于氮源和硼源简单球磨机械混合得到的混合粉体，能提高氮化硼产品的纯度，而且杂质少，后期不需酸洗、碱洗和水洗，从而简化工艺，安全、环保、节能、成本低、产率高，适于大规模生产。

技术特征：

1.一种六方氮化硼粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含硼物质包括硼酸、偏硼酸、氧化硼、硼酸钠、硼氢化钾、硼酸铵和硼化镁中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮物质包括三聚氰胺、氯化铵、尿素、脲醛、溴化铵和双氰胺中的一种或几种。

4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述含硼物质中硼和含氮物质中氮的原子摩尔比为2.3～2.9:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属氯化物包括氯化镁、氯化钾、氯化钠和氯化钙中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制的压力为80～100kg/cm2。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的程序包括：由室温第一升温至第一温度，进行第一保温；由第一温度第二升温至第二温度，进行第二保温后，自由降温至室温。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的压力为0.05～0.1mpa。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备的六方氮化硼粉体，其特征在于，所述六方氮化硼粉体的纯度≥97％，结晶化程度gi值为1～2，晶型形貌为r-bn，晶粒尺寸为6～20μm，比表面积为10～13m2/g，所述六方氮化硼粉体中氧的质量含量＜0.5％，所述六方氮化硼粉体中b2o3的质量含量＜0.8％。

10.权利要求9所述六方氮化硼粉体在制备立方氮化硼中的应用。

技术总结
本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种六方氮化硼粉体及其制备方法和应用。本发明将含硼物质、含氮物质和水通过水热合成化合物前驱体，并加入可产生“熔池”的金属氯化物，进行烧结，得到的六方氮化硼粉体纯度高，结晶化程度高，粉体活性好，具有较低的向立方氮化硼转化的势垒，大约为7ev；另外，本发明制备的六方氮化硼晶型组成的粉体是由无数个类似雪花形状的六角形结晶体组成，与触媒粉体混合后在放大镜下呈现蜂窝状堆积形式，易于触媒粉体分散于六方晶型粉体内部各个空间，易于形成晶核，高温高压下易于进行六方晶型到立方晶型的催化转变过程，其粉体转化率最高可达75％。

技术研发人员：李冬利,周红伟,宋琳生
受保护的技术使用者：灵石鸿润和新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13