[go: up one dir, main page]

CN108176329A - 一种立方氮化硼的合成方法 - Google Patents

一种立方氮化硼的合成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108176329A
CN108176329A CN201711403907.2A CN201711403907A CN108176329A CN 108176329 A CN108176329 A CN 108176329A CN 201711403907 A CN201711403907 A CN 201711403907A CN 108176329 A CN108176329 A CN 108176329A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hbn
mgalb
boron nitride
cubic boron
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711403907.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108176329B (zh
Inventor
张相法
位星
赵海军
王永凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZHENGZHOU ZHONGNAN JETE SUPERABRASIVES CO Ltd
Original Assignee
ZHENGZHOU ZHONGNAN JETE SUPERABRASIVES CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZHENGZHOU ZHONGNAN JETE SUPERABRASIVES CO Ltd filed Critical ZHENGZHOU ZHONGNAN JETE SUPERABRASIVES CO Ltd
Priority to CN201711403907.2A priority Critical patent/CN108176329B/zh
Publication of CN108176329A publication Critical patent/CN108176329A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108176329B publication Critical patent/CN108176329B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/065—Presses for the formation of diamonds or boronitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0005—Catalytic processes under superatmospheric pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/065—Composition of the material produced
    • B01J2203/066—Boronitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明提供了一种立方氮化硼的合成方法，是以hBN为原料，MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料，在超高压高温下合成立方氮化硼。本发明所使用的MgAlB14和Li3BN2的混合物为一种新型触媒材料，提高了触媒材料的化学惰性，进一步提高合成cBN过程中hBN的转化率和cBN的质量。

Description

一种立方氮化硼的合成方法
技术领域
本发明属于超硬材料合成技术领域，特别涉及一种立方氮化硼的合成方法。
背景技术
立方氮化硼（cBN）具有仅次于金刚石的高硬度和优于金刚石的热稳定性及化学惰性，被用作超级磨料制成各种砂轮和刀具，用于黑色金属材料的加工，具有高效、精密、节能和自动化等优点，在现代加工特别是高精密加工领域得到广泛应用。
到目前为止，工业规模化合成cBN主要采用超高压高温触媒法，即在超高压高温条件下，以六方氮化硼（hBN）为原料，在触媒的参与下转化为cBN并进行晶体生长。碱金属、碱土金属及其氮化物、硼化物、氮硼化物是常用的触媒材料，这类材料性质活泼，容易与氧、水发生反应造成性能劣化，影响hBN的转化率和转化的cBN的质量。中国专利文献CN100337733 C 公开了一种立方晶氮化硼及其制造方法，该专利中为减弱触媒的氧化，在其触媒中加入有机物，覆盖在触媒颗粒的表面，隔绝与氧或水的接触，但这容易引入其他残留的杂质，对合成的cBN强度有很大的影响。同一发明人的专利CN 101323438 B公开了一种立方氮化硼合成方法，该专利采用Mg-Al合金和碱金属、碱土金属氮化物的混合物做触媒，触媒稳定性提高，合成压力温度范围宽，但hBN转化率较低，只有30%~39%。
由于触媒对cBN的合成具有至关重要的影响，因此，急需寻找新的触媒材料来提高触媒的稳定性、hBN的转化率及合成cBN的质量。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种立方氮化硼的合成方法。该方法采用一种新型触媒材料合成立方氮化硼，该新型触媒材料性能稳定，具有良好的化学惰性，合成立方氮化硼的过程中可提高hBN的转化率及合成的cBN质量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种立方氮化硼的合成方法，是以hBN为原料，MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料，在超高压高温下合成立方氮化硼，包括以下步骤：
（1）选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料；
（2）将hBN原料和触媒材料按比例混合后在三维混料机上进行充分混合5~8小时；
（3）混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；
（4）将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.0~5.1GPa、温度1300℃~1800℃的条件下加热合成5~10分钟；
（5）合成完毕后，采用酸碱提纯处理即可得到cBN单晶。
作为本发明优选的技术方案，所述hBN原料、MgAlB14及Li3BN2的粒度均≤100目。
作为本发明优选的技术方案，所述hBN原料和触媒材料的混合比例为，按质量比计，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~12:3~7。
作为本发明优选的技术方案，所述hBN原料和触媒材料的混合比例为，按质量比计，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~11:5~7。
作为本发明优选的技术方案，所述hBN原料和触媒材料的混合比例为，按质量比计，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~8.5:6~7。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明有利地采用MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料合成六方氮化硼，合成效果稳定，hBN转化率高，可达到60%左右（目前合成cBN的方法中，hBN的转化率通常低于60%），合成cBN质量高，适合工业化生产。
（2）本发明采用的MgAlB14是一种新型硼化物材料，具有稳定的性能和化学惰性；硼氮化锂（Li3BN2）是一种已知的性能较稳定的cBN合成触媒材料，两种材料的混合物作为触媒材料提高了触媒材料的化学惰性，进一步提高合成cBN过程中hBN的转化率和cBN的质量。
具体实施方式
本发明提供一种以hBN为原料，MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料，在超高压高温下合成立方氮化硼的方法，具体的包括以下步骤：
（1）选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料；
（2）将hBN原料和触媒材料按比例混合后在三维混料机上进行充分混合5~8小时；
（3）混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；
（4）将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.0~5.1GPa、温度1300℃~1800℃的条件下加热合成5~10分钟；
（5）合成完毕后，采用酸碱提纯处理即可得到cBN单晶。
上述合成方法得到的cBN单晶的颜色为浅棕色至黑色，晶体为等积型，通过筛分，cBN单晶粒度范围在60/70~325/400之间，峰值粒度做冲击韧性Ti测定后，Ti处于50~60之间，由此说明，本发明合成方法制备的cBN晶体质量好。
其中，本发明中hBN原料、MgAlB14及Li3BN2的粒度均≤100目，hBN原料的纯度≥96%，具体的，hBN原料可购自丹东日进科技有限公司的RH-A型，MgAlB14及Li3BN2可购自西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司。hBN原料晶粒度越细，越有利于hBN的转化。
在本发明的一种实施方式中，按质量比计，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~12:3~7，优选为，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~11:5~7，进一步优选为，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~8.5:6~7。
本发明制备方法中未叙述部分均为现有技术，例如酸碱提纯处理的过程，不作为本发明的创新点。
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例中，选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14掺加Li3BN2作为触媒；原料和触媒的粒度均≤100目，其配比（质量比）为hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:8.5:5；将原料和触媒按比例混合后在三维混料机上进行充分混合6小时；混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，成型密度为1.68g/cm3，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.8GPa、温度1500℃的条件下加热合成7分钟；合成完毕后，通过酸碱提纯处理得到cBN单晶，其颜色呈深棕色，cBN单晶转化率为56%，晶体大多为等积型，粒度范围在80/100~325/400之间，峰值粒度在120/140，冲击韧性Ti值为54。
实施例2
本实施例中，选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14掺加Li3BN2作为触媒；原料和触媒的粒度均≤100目，其配比（质量比）为hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:11:5；将原料和触媒按比例混合后在三维混料机上进行充分混合7h；混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，成型密度为1.73g/cm3，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力5GPa、温度1600℃的条件下加热合成9分钟；合成完毕后，将酸碱提纯处理得到cBN单晶，其颜色呈黑色，cBN单晶转化率为50%，晶体大多为等积型，粒度范围在60/70~325/400之间，峰值粒度在80/100，冲击韧性Ti值为59。
实施例3
本实施例中，选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14掺加Li3BN2作为触媒；原料和触媒的粒度均≤100目，其配比（质量比）为hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7:6；将原料和触媒按比例混合后在三维混料机上进行充分混合6h；混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，成型密度为1.65g/cm3，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.6GPa、温度1480℃的条件下加热合成6分钟；合成完毕后，将酸碱提纯处理得到cBN单晶，其颜色呈浅棕色，cBN单晶转化率为59%，晶体大多为等积型，粒度范围在80/100~325/400之间，峰值粒度在140/170，冲击韧性Ti值为55。
实施例4
本实施例中，选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14掺加Li3BN2作为触媒；原料和触媒的粒度均≤100目，其配比（质量比）为hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7:6；将原料和触媒按比例混合后在三维混料机上进行充分混合6h；混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，成型密度为1.65g/cm3，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.9GPa、温度1500℃的条件下加热合成8分钟；合成完毕后，将酸碱提纯处理得到cBN单晶，其颜色呈浅棕色，cBN单晶转化率为58%，晶体大多为等积型，粒度范围在60/75~325/400之间，峰值粒度在80/100，冲击韧性Ti值为56。
实施例5
本实施例中，选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14掺加Li3BN2作为触媒；原料和触媒的粒度均≤100目，其配比（质量比）为hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:8.5:7；将原料和触媒按比例混合后在三维混料机上进行充分混合6h；混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，成型密度为1.75g/cm3，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.5GPa、温度1450℃的条件下加热合成7分钟；合成完毕后，将酸碱提纯处理得到cBN单晶，其颜色呈浅棕色，cBN单晶转化率为57%，晶体大多为等积型，粒度范围在80/100~325/400之间，峰值粒度在120/140，冲击韧性Ti值为55。
实施例6
本实施例中，选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14掺加Li3BN2作为触媒；原料和触媒的粒度均≤100目，其配比（质量比）为hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:12:3；将原料和触媒按比例混合后在三维混料机上进行充分混合6h；混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，成型密度为1.73g/cm3，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.8GPa、温度1560℃的条件下加热合成6分钟；合成完毕后，将酸碱提纯处理得到cBN单晶，其颜色呈浅棕色，cBN单晶转化率为57%，晶体大多为等积型，粒度范围在80/100~325/400之间，峰值粒度在120/1370，冲击韧性Ti值为53。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种立方氮化硼的合成方法，是以hBN为原料，MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料，在超高压高温下合成立方氮化硼，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB14和Li3BN2的混合物为触媒材料；
（2）将hBN原料和触媒材料按比例混合后在三维混料机上进行充分混合5~8小时；
（3）混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；
（4）将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.0~5.1GPa、温度1300℃~1800℃的条件下加热合成5~10分钟；
（5）合成完毕后，采用酸碱提纯处理即可得到cBN单晶。
2.根据权利要求1所述的一种立方氮化硼的合成方法，其特征在于，所述hBN原料、MgAlB14及Li3BN2的粒度均≤100目。
3.根据权利要求1所述的一种立方氮化硼的合成方法，其特征在于，所述hBN原料和触媒材料的混合比例为，按质量比计，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~12:3~7。
4.根据权利要求1所述的一种立方氮化硼的合成方法，其特征在于，所述hBN原料和触媒材料的混合比例为，按质量比计，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~11:5~7。
5.根据权利要求1所述的一种立方氮化硼的合成方法，其特征在于，所述hBN原料和触媒材料的混合比例为，按质量比计，hBN：MgAlB14：Li3BN2 =100:7~8.5:6~7。
CN201711403907.2A 2017-12-22 2017-12-22 一种立方氮化硼的合成方法 Active CN108176329B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403907.2A CN108176329B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种立方氮化硼的合成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403907.2A CN108176329B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种立方氮化硼的合成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108176329A true CN108176329A (zh) 2018-06-19
CN108176329B CN108176329B (zh) 2020-10-27

Family

ID=62546695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711403907.2A Active CN108176329B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种立方氮化硼的合成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108176329B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981534A (zh) * 2021-03-12 2021-06-18 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种高品级立方氮化硼的合成方法
CN113818072A (zh) * 2021-10-22 2021-12-21 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种六方氮化硼单晶生长方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101323438A (zh) * 2008-06-06 2008-12-17 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种立方氮化硼合成方法
JP2010235369A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mitsubishi Materials Corp 立方晶窒化ホウ素の合成方法および立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法
CN103691363A (zh) * 2013-12-10 2014-04-02 太原理工大学 一种立方氮化硼聚晶颗粒的合成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101323438A (zh) * 2008-06-06 2008-12-17 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种立方氮化硼合成方法
JP2010235369A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mitsubishi Materials Corp 立方晶窒化ホウ素の合成方法および立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法
CN103691363A (zh) * 2013-12-10 2014-04-02 太原理工大学 一种立方氮化硼聚晶颗粒的合成方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981534A (zh) * 2021-03-12 2021-06-18 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种高品级立方氮化硼的合成方法
CN113818072A (zh) * 2021-10-22 2021-12-21 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种六方氮化硼单晶生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108176329B (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101323438B (zh) 一种立方氮化硼合成方法
CN103521132A (zh) 一种高品级自锐性多晶金刚石的合成工艺技术
CN104261360B (zh) 一种基于催化氮化的氮化硅粉体及其制备方法
CN100542949C (zh) 粗粒度立方氮化硼的合成方法
CN111115631B (zh) 一种高机械强度的咖啡渣基成型多孔炭材料及其制备方法
CN101239327A (zh) 一种含高岭土原位晶化zsm-5和y型分子筛的固定床催化剂及其制备方法
CN102962069A (zh) 合成含硼金刚石用触媒及其制备方法
CN110745824A (zh) 一种基于微量钾源催化活化调控煤基多孔碳孔隙配组的方法
CN108275663B (zh) 一种熔融体气泡模板法制备均匀孔介孔氮化硼的方法
CN108176329A (zh) 一种立方氮化硼的合成方法
CN103691416A (zh) 一种合成异佛尔酮的催化剂
CN112981534A (zh) 一种高品级立方氮化硼的合成方法
CN102019153A (zh) 细颗粒立方氮化硼单晶的合成方法
KR100487145B1 (ko) 입방정질화붕소의제조방법
CN112495412A (zh) 一种多孔薄层石墨相氮化碳及制备方法和应用
CN103285873B (zh) 一种合成多晶金刚石用触媒及其制备方法
CN101786624A (zh) 燃烧法制备超细碳化硼粉
CN110670136B (zh) 一种立方氮化硼的合成方法
CN201537480U (zh) 立方氮化硼高压合成装置
CN105080429B (zh) 毫米级立方氮化硼大单晶的合成方法
CN103272528A (zh) 用碱金属叠氮化物合成立方氮化硼的方法
CN106044774A (zh) 一种低温低成本高纯碳化硅超细微粒的制备方法
CN1314488C (zh) 用于合成含硼金刚石单晶的铁－镍－硼－碳系催化剂及其制备方法
CN102068943A (zh) 片状褐色立方氮化硼单晶的合成方法
CN103924288B (zh) 采用镁基复合触媒的立方氮化硼单晶微粉制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant