论文部分内容阅读
六方氮化硼(h-BN)是与石墨具有相似晶体结构的白色松散、质地柔软有光滑感的粉末,具有机械性能好、导热性能高、化学性质稳定、抗氧化能力强等优异性能,在储氢材料、催化剂载体、高温润滑剂等领域有潜在的应用价值。目前,合成h-BN的方法很多,主要有O’ConnOr的传统高温法、水(溶剂)热法、化学气相沉积法(CVD)、无压烧结或热压烧结法、溶胶-凝胶法(sol-gel).自蔓延法(SHS)、前驱物热解法等。工业上制取的h-BN常用硼砂(硼酸)和尿素为原料的O’Connor改进的传统高温法。但是这种方法能耗高、h-BN纯度低、粒度均匀性差。而前驱物法是一种高效率、低能耗、易操作且能使原料混合均匀的固体无机化合物制备方法。本论文正是利用此方法开发研究了一种操作简单、条件温和、成本低的合成h-BN的工艺。本文首先以三聚氰胺和硼酸为原料,采用湿化学法合成固体前驱物作为制备h-BN的中间体。实验考察了反应原料摩尔配比和反应物溶液总浓度对合成前驱物的影响,并通过对合成的前驱物进行化学分析、元素分析、红外分析和扫描电镜分析等得知：合成前驱物的适宜原料摩尔配比是C3N6H6:H3BO3=1:2,总浓度为0.4mol/L,合成的前驱物是通过分子间氢键作用形成的分子式为C3N6H6.2H3BO3的棒状超分子加合物。将此前驱物在空气气氛下高温焙烧制备h-BN,考察了焙烧温度和焙烧时间对产物的影响。研究结果表明：适宜的焙烧温度为950℃,焙烧时间为6h。在此条件下,可获得结晶程度良好,纯度为93.98%,粒度为17μm左右的h-BN粉体。其次,按相近的工艺流程又选用三聚氰胺和硼酸铵为原料制备了h-BN。通过分析测试得知：合成的前驱物与以硼酸为原料制备的前驱物为同一物质,合成前驱物的适宜原料摩尔配比是C3N6H6:NH4HB407.3H20=1:1,总浓度为0.5mol/L；后续的适宜焙烧条件为：焙烧温度950℃,焙烧时间4h。此条件下可获得晶型良好,纯度为88.68%的微米级h-BN粉体。此外,为探讨前驱物高温焙烧反应过程,对三聚氰胺和合成的前驱物进行了热重分析。研究结果表明：反应过程是合成的前驱物中三嗪环和B-O键逐渐断裂,同时B、C、N之间发生化合,并不断的与空气和自身的氧相结合放出H20.NH3.CO2.N02,最后化合形成的含有B、C、N元素的中间体在高温下断裂形成h-BN的过程,其可能的反应方程式如下：4C3N6H6.2H3BO3+2102=4BN+8NH3+12CO2+12NO2+12H2O+2B2O3