论文部分内容阅读
非氧化物含硼化合物功能材料（如硼化钛、氮化硼、碳化硼和磷化硼等）通常具有高硬度、高熔点、机械强度大、高温化学稳定性好等一系列的优良特性，有些还具有奇异的光、电、热、磁学性能和催化活性，是一类最富潜力的非氧化物高温结构材料、电子材料和催化材料之一。这类材料传统上一般采用高温反应的方法来制备，但不能获得纳米级材料。另有一些在低温下合成的研究尝试，都只能得到非晶产物，晶体材料需要在较高温度下晶化，而高温晶化很难得到纳米级别的材料。本论文为解决传统高温合成方法不能合成纳米晶体材料的问题，进一步拓展了高温自蔓延法和化学气相沉积法制备非氧化物纳米材料的领域和理论：（1）制备出了纳米TiB2多晶粉、超细碳化硼多晶粉、刺猬状水合硼酸钙、号角状纳米氮化硼、BNNTs/TiN/TiB2复合纳米陶瓷粉等无机非氧化物含硼纳米材料；（2）探究了刺猬状水合硼酸钙和号角状纳米氮化硼的反应和形成机制，具体研究内容如下：一、1)采用一种吸热反应来调节剧烈放热的镁热自蔓延反应来调控制备二硼化钛多晶粉。以B2O3、TiO2、Mg和KBH4为原料，按照配比称量和混合均匀，将混合粉体或压块经自蔓延反应及分离提纯制得纳米级二硼化钛多晶粉。产物粒径范围为20120nm之间，纯度不低于80%。2)采用PVA-硼酸前驱体与金属镁粉、硼酐为原料，通过自蔓延法合成超细碳化硼多晶粉，碳化硼超细多晶粉产品的收率不低于95%。产物含硼、碳的质量百分数分别为82.81％、16.65％，其中游离硼含量不高于0.65%、游离C含量不高于2.65%。含氧小于0.5％，含镁小于0.1％。碳化硼多晶粉颗粒尺寸为0.11μm，平均约为0.5μm。二、1)采用水热法在90°C下加热处理硼酸和氢氧化钙24h合成了由纳米片组成的具有刺猬状结构的水合Ca2B2O5·H2O多晶微球。多晶Ca2B2O5·H2O微球由大量平均厚度小于100nm的纳米片构成。另外提出的气液固生长机制用来解释多晶刺猬状Ca2B2O5·H2O微球的生长机制。2)利用CVD反应原理，用刺猬状Ca2B2O5·H2O与氨气通过退火反应合成了号角状六方氮化硼纳米粉，产品形貌均一、产率和纯度均很高，平均长度和锥角约分别为4μm和25o，提出气液固生长机制用来解释号角状六方氮化硼纳米粉的形成机制。三、利用SHS-CVD法的反应原理原位制备了BNNTs/TiN/TiB2复合陶瓷粉，复合陶瓷粉为BNNTs/TiN纳米复合粉、BNNTs/TiN/TiB2纳米复合粉。BNNTs/TiN复合陶瓷粉中BNNTs密度较低，粗细不均，长度大于5μm，管径范围为100300nm，颗粒大小不均，粒径范围为0.32μm，纳米管和颗粒混合均匀。BNNTs/TiN/TiB2复合粉中氮化硼纳米管粗细不均，长度大于5μm，管径范围为80500nm，TiB2和TiN颗粒大小不均，粒径范围为0.52μm，纳米管和颗粒混合均匀。