專利名稱：大結(jié)晶六方氮化硼生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是大結(jié)晶六方氮化硼的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
大結(jié)晶六方氮化硼通常是指產(chǎn)品的結(jié)晶粒度大于5微米以上，結(jié)晶形態(tài)完整的六 方氮化硼。它具有導(dǎo)熱性能好，潤(rùn)滑性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，如作為脫 模劑，具有優(yōu)異的脫模性能，作為耐高溫固體潤(rùn)滑劑，它可在高于800°C的條件下提供良好 的潤(rùn)滑性能；還可作為導(dǎo)熱塑料制品中的填料，提供僅次于金屬的導(dǎo)熱性能，而這些優(yōu)異性 能是小結(jié)晶或低結(jié)晶六方氮化硼所不具有的。目前，六方氮化硼的合成方法主要有以下幾種1、無(wú)水硼砂與氯化銨或尿素等混合后，用管式爐在IOOiTC于氨氣保護(hù)下反應(yīng)，再 經(jīng)酸洗、水洗得到氮化硼產(chǎn)品，其反應(yīng)式為Na2B407+2NH4Cl+2NH3 = 4BN+2NaCl+7H20Na2B407+2 (NH2) 2C0 = 4BN+2Na20+4H20+2C022、無(wú)水硼砂與三聚氰胺進(jìn)行反應(yīng)，制得氮化硼，其反應(yīng)式為3NaB407+2C3N3 (NH2) 3 = 12BN+3Na20+6C02+6H203、硼酸與三聚氰胺進(jìn)行反應(yīng)，制得氮化硼，其反應(yīng)式為3H3BO3+C3N3 (NH2) 3 = 3BN+3C02+3NH3+3H20在上述應(yīng)中，一般采用使含氮化合物過(guò)量的方法，得到的氮化硼為微細(xì)結(jié)晶的六 方氮化硼，其氮化硼含量大致在98-99%，其結(jié)晶完整度稍低，粒度一般在1微米以下，如果 經(jīng)過(guò)高于1500°C的高溫處理，可得到純度相對(duì)較高的六方氮化硼粉末。4、在所有的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中，還有一種氣相沉積方法(CVD)生產(chǎn)六方氮化硼粉末 及制品，其所生產(chǎn)的六方氮化硼產(chǎn)品稱為熱解氮化硼(Pyrolysis Boron Nitride)，簡(jiǎn)寫(xiě)為 PBN，該方法的化學(xué)反應(yīng)式為BC13+NH3 = BN+3HC1熱解法可以直接在一個(gè)模具上進(jìn)行沉積成形，直接生產(chǎn)出純氮化硼制品，也可以 生產(chǎn)PBN的粉末，該法成本較高，但產(chǎn)品純度是所有工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)方法中最高的，可達(dá)到 99. 9%以上，適用于特殊方面的需求。在上述已知方法中，方法一是最常用的一種方法，方法二及方法三也是常用的工 業(yè)化生產(chǎn)六方氮化硼的方法，但得到的六方氮化硼純度較低，結(jié)晶度差，在很多領(lǐng)域的應(yīng)用 受到限制。這幾種方法均為固相混料，在混料過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)成分偏差，使產(chǎn)品的收率下 降，從而使六方氮化硼的原料成本增加；并且由于在高溫反應(yīng)過(guò)程中，混合物的成分不均 勻，使產(chǎn)品的純度下降，需要進(jìn)行后期的水洗、再次高溫精制等工序，這也嚴(yán)重影響了產(chǎn)品 的成本及質(zhì)量。熱解法生產(chǎn)六方氮化硼，雖然其產(chǎn)品性能優(yōu)良，但該方法的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，產(chǎn)品結(jié)晶度大、純度高的六方氮化硼生 產(chǎn)方法。生產(chǎn)工藝方法為1、以水為(主要)介質(zhì)，將硼酸與三聚氰胺在40_95°C進(jìn)行反應(yīng)，生成氮化硼前驅(qū) 體，反應(yīng)按下式定量進(jìn)行C3N6H6+2H3B03 = C3N6H6 · 2H3B03三聚氰胺與硼酸的摩爾比為1 1.8-2. 3之間，最好在1 1. 95_2. 1之間，在此 過(guò)程中可以加入占三聚氰胺和硼酸總重量1-10%的結(jié)晶助劑，以促進(jìn)結(jié)晶的生長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí) 間為2-7小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，在水相中形成三聚氰胺硼酸鹽結(jié)晶，即氮化硼前驅(qū)體，結(jié)晶為 片狀，在水中溶解度小于1%。2、使用離心機(jī)或板框壓濾機(jī)等液固分離設(shè)備將液體與結(jié)晶固體進(jìn)行分離；收集濾 液，濾液可作為下批次生產(chǎn)所需的母液使用；
3、干燥，可以使用烘箱或各種干燥設(shè)備，將氮化硼前驅(qū)體結(jié)晶的水含量降低至 以下，烘干溫度一般不超過(guò)120°C ；4、將干燥后的氮化硼前驅(qū)體結(jié)晶用加熱爐加熱至800-200(TC，保溫時(shí)間2_12小 時(shí)，進(jìn)行分解反應(yīng)，得大結(jié)晶六方氮化硼。C3N6H6 · 2H3B03 = 2BN+4NH3+3C02本發(fā)明在上述工藝的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)調(diào)整結(jié)晶助劑的品種和用量，在5-30微米 之間調(diào)節(jié)結(jié)晶粒度。結(jié)晶助劑可以選用氯化鈉、氯化鉀、碳酸鈣、碳酸鋇、硫酸鈣、氧化硼、硼酸、硼酸 鈣其一或兩種混合使用。結(jié)晶助劑能夠使氮化硼在高溫反應(yīng)過(guò)程中，形成液相環(huán)境，從而影 響六方氮化硼結(jié)晶的生成，通過(guò)調(diào)整結(jié)晶助劑的種類和數(shù)量，可以得到不同形態(tài)及粒度的 六方氮化硼。加熱爐可以選用管式爐，真空電阻爐、真空感應(yīng)電爐、天燃?xì)饧訜釥t等。分解反應(yīng)溫度最佳為1600-2000°C，從而得到的六方氮化硼粉末品質(zhì)最佳。從節(jié)省能源的角度看，也可以使用兩步加熱，即將三聚氰胺硼酸鹽加熱到 800-1200°C進(jìn)行分解，然后再將其加熱到1600-2000°C，得到高純度、高結(jié)晶性的六方氮化 硼；5、酸洗提純，將上述產(chǎn)物粉碎，然后用稀鹽酸或稀硝酸或稀硫酸進(jìn)行酸洗，以除去 反應(yīng)中的雜質(zhì)，酸洗溫度為60-102°C，最好在80-90°C，然后進(jìn)行過(guò)濾，干燥，粉碎，得到高 純度的大結(jié)晶六方氮化硼粉末。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本較低，液相混合物料的方式，反應(yīng)生成硼酸三聚氰胺 鹽，使物料可以進(jìn)行分子級(jí)別的混合，保證了物料的混合均勻度，通過(guò)高溫分解反應(yīng)，反應(yīng) 快速進(jìn)行，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，得到產(chǎn)品結(jié)晶粒度大于20微米，純度高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1
在搪瓷釜中，加入600公斤水，加入50公斤硼酸，然后在1小時(shí)內(nèi)分批加入48公 斤三聚氰胺，在95°C反應(yīng)2小時(shí)，然后降至室溫，過(guò)濾，烘干；將上述得到的產(chǎn)物放入坩鍋中，置入高溫爐中，在5小時(shí)內(nèi)升溫至1600°C，保溫反 應(yīng)3小時(shí)；將上述得到的產(chǎn)物用4%鹽酸在95°C下反應(yīng)兩小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、烘干，得大結(jié)晶六方 氮化硼粉末產(chǎn)品。實(shí)施例2 在搪瓷反應(yīng)釜中，加入500公斤實(shí)施例1中的濾液，再加入水100公斤，加入50公 斤硼酸和2公斤碳酸鋇，然后在1小時(shí)內(nèi)分批加入48公斤三聚氰胺，在95°C反應(yīng)2小時(shí)，然 后降至室溫，過(guò)濾，烘干；將上述得到的產(chǎn)物放入坩鍋中，置入高溫爐中，在5小時(shí)內(nèi)升溫至1600°C，保溫反 應(yīng)3小時(shí)；將上述得到的產(chǎn)物用4%鹽酸在95°C下反應(yīng)兩小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、烘干，得大結(jié)晶六方 氮化硼粉末產(chǎn)品。實(shí)施例3 在搪瓷釜中，加入600升水，加入50公斤硼酸，然后在1小時(shí)內(nèi)分批加入51公斤 三聚氰胺，在95°C反應(yīng)2小時(shí)，然后降至室溫，過(guò)濾，烘干；將上述得到的產(chǎn)物放入陶瓷盤(pán)中，置入1400°C的隧道窯式爐中，烘燒11小時(shí)；將上述得到的產(chǎn)物用4%鹽酸在95°C下反應(yīng)兩小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、烘干，得到大結(jié)晶六 方氮化硼粉末產(chǎn)品。實(shí)施例4 在搪瓷反應(yīng)釜中，加入500公斤實(shí)施例1中的濾液，再加入水100公斤，加入50公 斤硼酸和6公斤碳酸鈣，然后在1小時(shí)內(nèi)分批加入48公斤三聚氰胺，在95°C反應(yīng)2小時(shí)，然 后降至室溫，過(guò)濾，烘干；將上述得到的產(chǎn)物放入坩鍋中，置入高溫管式爐中，在5小時(shí)內(nèi)升溫至1800°C，保 溫反應(yīng)2小時(shí)；將上述得到的產(chǎn)物用4%鹽酸在95°C下反應(yīng)兩小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、烘干，得大結(jié)晶六方 氮化硼粉末產(chǎn)品。本發(fā)明方法與其它方法生產(chǎn)的六方氮化硼對(duì)比表 測(cè)試方法氮化硼和水溶性硼含量使用酸堿滴定法測(cè)定。氧含量使用氧測(cè)定儀測(cè)定氮化硼中氧。粒度使用激光粒度儀測(cè)定粒度分布。
權(quán)利要求
大結(jié)晶六方氮化硼生產(chǎn)方法，其特征是(1)以水為介質(zhì)，將硼酸與三聚氰胺在40 95℃進(jìn)行反應(yīng)，三聚氰胺與硼酸的摩爾比為1∶1.8 2.3，反應(yīng)時(shí)間為2 7小時(shí)，然后降至室溫，過(guò)濾，烘干；(2)將上述得到的產(chǎn)物放入坩鍋中，置入高溫爐中加熱至800 2000℃，保溫時(shí)間2 12小時(shí)；(3)將上述得到的產(chǎn)物用稀鹽酸或稀硝酸或稀硫酸進(jìn)行酸洗，在60 102℃下反應(yīng)1 3小時(shí)，然后經(jīng)過(guò)濾、烘干，得大結(jié)晶六方氮化硼粉末產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大結(jié)晶六方氮化硼生產(chǎn)方法，其特征是在原料配比中加入三聚氰胺和硼酸總重量1-10%的結(jié)晶助劑；結(jié)晶助劑選用氯化鈉、 氯化鉀、碳酸鈣、碳酸鋇、硫酸鈣、氧化硼、硼酸、硼酸鈣其一或兩種混合使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大結(jié)晶六方氮化硼生產(chǎn)方法，其特征是分解反應(yīng)溫度 最佳為 1600-2000 "C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大結(jié)晶六方氮化硼生產(chǎn)方法，其特征是 加熱到800-1200°C進(jìn)行分解，然后再將其加熱到1600-200(TC。
全文摘要
本發(fā)明大結(jié)晶六方氮化硼生產(chǎn)方法，以水為介質(zhì)，將硼酸與三聚氰胺進(jìn)行反應(yīng)，三聚氰胺與硼酸的摩爾比為1∶1.8-2.3，然后過(guò)濾，烘干后將產(chǎn)物放入坩鍋中置入高溫爐中加熱至800-2000℃，保溫時(shí)間2-12小時(shí)，將上述得到的產(chǎn)物用稀酸進(jìn)行酸洗，然后經(jīng)過(guò)濾、烘干得大結(jié)晶六方氮化硼粉末產(chǎn)品。其工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本較低，液相混合物料的方式，保證了物料的混合均勻度，通過(guò)高溫分解反應(yīng)快速進(jìn)行，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，得到產(chǎn)品結(jié)晶粒度大于20微米，純度高。
文檔編號(hào)C01B21/064GK101891165SQ20101022989
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者倪坤, 周曉東, 宋明志, 金英花 申請(qǐng)人:丹東市化工研究所有限責(zé)任公司