《氮化硼纳米晶的低温苯热合成》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氮化硼纳米晶的低温苯热合成（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、氮化硼纳米晶的低温苯热合成， 都霄 鹤 ，崔得良 ，白玉 俊 津 ，史 桂霞 ， 殷永泉 ， 徐现刚 ，蒋民华 ( 1 . 山 东大 学 晶 体材 料国 家 !点 实脸室山 东 济南2 5 0 1 0 0 ; 2 . 山东科技大学 机械系，山东 济南 2 5 0 0 3 1 ) 摘 共: 以L i 3N和 B B r 3 为 原 料， 利 用 低沮 笨 热 合 成方法创备了六方 B N幼来晶，并对样品的性质进 行了 表征.X 封找 粉末 衍封 详RD) 和透衬电 于孟很钱 0 E M ) 侧 试姑 果 表明 : 在2 5 0 时 用 笨 热方 法 可 以 合 成出 粗度均匀、形状规则、 乎均拉
2、度为 l a m的六方 氏化绷纳米晶;另外，热分析结果表明:当B N纳 米品的 杜度由 通常的 橄米-fa降低到 l .O m n时， 1 $ 点由 原来的2 9 6 7 0 降低到 1 2 4 0 0;从得里叶红外光 讲( F T I R ) 可知， 样品中 除含有六方氏 化砚外， 还含 有少 It的立方氮 化翎; X针残光电 子能 语 ( 粉匀 分析 表明， 样品的平均姐成为B N ,_二 关扭词: 氮化翻纳米品;苯热合成: 热分析 2 实验 1 引言 氮化 翻( B N ) 具 有许多 优异的 物理化 学 性能， 如 高的热祖定性、良 好的传热性能以 及很高的硬度等. 使其成为机械行业实
3、现节能、 高效、 格密、自 动化 机加工的 A佳切削和磨削材 料u - ) 。 通常 抓化翻是利 用商沮商压方法合成的， 例如，直 接利用翻和抓在 1 2 0 0 以 上反应得到抓化翻13A和利用热分解蔺的氮 化 物裕到抓化翻( 4 .4 - 6 .S G P a , u s o - I B o o 0 C 尸， 然而 很少 有关于抓 化砚纳米晶的 报道， J .Q .H u等m 利用 K B H , 和N H , C 】 在6 5 0 0C 和2 2 M P a 条 件下 得到了 纳 米氮化翻， 但反应沮度比较高并且在反应过程中产 生了大t的氮气， 易于.炸，这些缺点使得该方法 的应用受到了
4、限制. 尽管 B N具有很高的硬度， 但也存在脆性大、 抗机械冲击能力差的缺点。 最近的报道表明，当 组 成陶瓷的城粒的粒度达到纳米t级时， 其韧性就会 有大福度的提高伏， 这就使得制造同时具有高硬度和 良 好韧性的B N纳米陶倪成为可能. 在这篇文章中， 我们首次报道了利用苯热法制备B N纳米晶. 2 . 1 样品制备 主 要采用苯热方法合成 B N纳米晶。主要反应 方程为 : B B r 3 + L i , N = B N + 3 L iB r 实 验中， 先 把B B r 3 溶 解 于 苯中， 边 搅 拌 边加 入L i 3 N 粉末。 再搅拌2 0 - 3 0 分钟后， 装入反 应釜
5、内。 封釜。 上述所有操作均是在高纯氮气中进行的. 反应沮度 2 5 0 0 . 反应时间为3 G天， 然后把所得产物用去离 子水抽连、 真空干操即可。 2 .2 性质衰征 用R i g s k u D m a rz - y A型X射线衍射仪 进行 物相 测试。 C u k a 辐射。 扫描速度 4 0 l m in , 加速电压 5 0 k V . 束流1 0 0 M A . 红外光谱采用N ic o l e t F T I R 7 6 0 型红外光谱仪、 K B r 压片法侧定。 用 H it a c h i H - 8 0 0 型透射电子显橄镜侧定纳米粒子的形态和粒度分 布， 加速电压
6、2 0 0 k V - 样品的热力学分析在 P e r k i n - E lm e r D C / 2 C T G I D T A 型 热分 析仪 上进 行 沮 度 扫描 速度为1 0 C l m i n . 样品的表面元素分析在E S C A L A B 2 2 0 0 - X L型 X射线光电子能漪仪上蔺定. A l k . 辐 射. 真空 度为1 3 X 1 0 4 t o t r . 3 结果和讨论 3 . 1 恤相缩构 图t 中 突 起的 包对 应子 六方 氮化 翻的 ( 0 0 2 ) 衍 f 健 IS l 2 5 0 C 合成的B N的X R D讼图 s 茜金项目: 国家杰出
7、有年科学蕊叙6 0 0 2 5 40 4 ) . 国 家自 裴 魏揣踢瑞蝶竿豁 斋 划资助 功.材润，增刊， 2 0 0 1匆 1 2 r n .t卜、十一!盖.rr七Kt护且一，.f卫.，t.二甘，气心.r展!肠眨r少薯1! 射峰.但由于晶粒太小，未能形成明显的峰.由 S c h e r r e r 公式可估计平均粒度应在I n m左右。 3 .2 热稳定性 从已有的文献可以查到六方氮化砚的熔点为 2 9 6 7 0C 我们得到的六方氮化翻纳米晶的熔点却降 低到了 1 2 4 0 0C ， 下面的热分析结果直接证实了这一 结论 。 碳引起的。 附 a 洲 叭钵以砰走朋 ，15.6丫 留3 B
8、 N祥品的X P S 语图 按 B ,。 和 N 峰的面积计算可 得二者比 例接近 1 : 1 . 1 . 由 此可 知样品 为B N . 比 例偏差起想于表面( 因 为预粒太小， 表面原子在总原子数中所占比伪可高 达9 0 %) 上的缺陷和原子空位. 3 .4 电钱侧试 图 4是 2 5 0 合成的六方抓化姗的透射电 镜照 片.从图上可以渭楚地看出 : 样品顺粒形状规则. 粒度分布较窄， 其平均粒度接近 、 确 。 实际上 正 是因为纳米材料的粒度很小.使表面原子在总原子 数中 所占比 例增加到 M . - 9 0 %, 表面自由能很高， 致使材料在比常规体材料熔点低得多的沮度下熔 化。 的
9、 争卫口，爹 7 0 2 的 1 0 r - a m 1 0 0 0 1 4 0 0 “ C 。 l 召 0日山v.J牙0 0 拍3 3 0 5 9 0 8 5 0 1 1 1 0 1 3 7 0 C 图2 B N钠 来 的热 分析结 果 ( a ) 热重曲线 ( h ) 差热曲线 在差热曲 线上. 室沮到1 0 0 0 范围内 较为复杂 有几个不太明显的吸热和放热峰， 这与 B N粒度太 小， 表面状态 复杂有关， 而 在 】 2 4 0 0 C 附近的十 分规 则的吸热峰对应于样品 的 熔化， 紧接下来的在 1 3 7 0 0 C 的吸热峰对应，样品的分解或挥发因为在热重曲 线上确实观察到
10、了样品在 1 3 6 0 0 C 附近出现快速失 重。 另外， 做完热分析实验后，也观察到了样品的 熔化和烧结现象。 B N熔点如此大幅度降低目 前还没有见到过报 道， 这也使得在低温低压下合成立方氮化砚成为可 能。因为根据一般规律. 材料粒度减小时， 在引起 熔点大幅度降低的同时会伴随，相变压力的大幅度 下降。 3 .3 表面元紊含，和价态 为进一步验证所得样品确实是 B N. 我们利用 X P S 对它进行了 分析，图3 就是样品的X P S 谱图。 图中的C :O接近子1 2 ， 它是由空气中吸附的二氧化 1 2 4 8 图4 B N的 遭射电 镜裸片 3 .5 红外光讲测试结果 图 5
11、是 B N纳米晶的红外光谱，其中位于 1 4 0 9 c m 的振动峰属于六方抓化确， 在 1 0 5 7 c m 范 围 的 峰 对应于立 方 氮 化硼. 由 图中 明 显 看出1 4 0 9 c m - 位振动峰强度远大于 1 0 5 7 c m “ 位振动蜂的强度，由 此可以推断. 样品中 六方B N的含f远大于立方B N 的含f“ 而在3 4 2 8 c m e 位摄动峰对应于B N纳米晶 表面所吸附的水分。 愈 s 6 礴娜附， 均刊 妞以扮 劝 t卜-1、Lr.tr.吸.，.1了，.rl咬1.冬份.受 翻口皇 ， g 司 口 03 2 co2 闷 ( 旧勺 日 加 9 Wv e n
12、 u m h a m1 c m- 1 a刀 图5 日 N样品的红外光谱 对比X R D谱图和红外谱图可以 看出， 在红外谱 图上， 样品中出 现了立方氮化翻的振动峰， 而在它 们的X R D谱图上未见到相应的衍射峰。 估计其原因 立方B N的含t很低且粒度很小. 在X R D谱上显示 不出来。 这说明立方氮化翻可以 在低沮低压下生成 和稳定存在而不需要昂资的商压设备 ; 另外， 从离 压相变理论研究角度看， 这一结果也是十分有意义 的。 4 结论 以L ,N和B B r , 为原料， 利用低 温苯热合 成方 法制备了粒度均匀、 形状规则平均粒度为 l n m的六 方氮化翻纳米晶; 另外，热分析
13、结果表明: 当 B N 纳米晶的平均粒度由通常的微米f级降低到 l n m 时， 熔点由 原来的 2 9 6 7 降低到 1 2 4 0 0C; 从 F T M 可知. 样品中除含有六方氮化硼外，还含有少f的 立方氮化翻 ; X P S分析表明，样品的平均组成为 B N, ., . 参考文献: 1 1 V L a M D . G u a r d , a n d E t o m mo, J . M a t e r S c i . E n g 1 9 9 1 . B 1 0 , 1 4 9 2 1 S . S L i o w a n d W. L . Wo rt e l , A p p l . P
14、 t y s , 1 9 8 9 . A 4 9 , 2 5 0 阴L . M . G a m e z a , V B . S h 林b , V A . S a v c h u k , P h y s . S ta t S o l .国 .1 9 9 6 . 1 9 8 . 5 5 9 4 Mi l a n H ., T a d n o S ., J . M a t e r . S c i . , 1 9 9 7 .从 3 2 9 3 5 又工P a i n e a n d CKn e r u 叭C h u n . R e v ., 1 9 9 0 . 9 0 , 7 3 6 1 J . B
15、. C o n dd o % C . E . H o l c w n b e , D 只 T o h n s m a n d LM s 奴七, l o c 落C h e n . , 1 9 7 6 . 1 5 , 2 1 7 3 - 7 1劝山a h i E n d o . O s a m u F u k mg e a n d M i n o m Na t e , J . Ma t s S c i , 1 9 8 1 , 1 6 , 2 刀7 8 1 J u n - Q in g H u , Q i n g - Y L u . K a i - B i n T a n g, S h u - H
16、o n g Y u , Y - T a i Q ia n , O u i- E n Z h o u , X im- M i n g L i u . a n d A X in g Wu , 7 S o l i d S t a t e C h 确 , 1 9 9 9 . 1 4 8 , 3 2 5 . 1 9 1郭录 坤， 徐跃萍. 硅成盐学报. 1 9 9 2 . 加， 2 8 6 . L o w T e m p e r a t u r e B e n z e n e T h e r m a l S y n t h e s i s o f Bo ron Ni t r i d e H A O X i a o - p e n g , C U I D e - li a n g , B a i Y u j u n - , S H I G u i - x ia , Y IN Y o
