非氧化物含硼納米材料的制備與表征.pdf

1、非氧化物含硼化合物功能材料(如硼化鈦、氮化硼、碳化硼和磷化硼等)通常具有高硬度、高熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度大、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列的優(yōu)良特性,有些還具有奇異的光、電、熱、磁學(xué)性能和催化活性,是一類最富潛力的非氧化物高溫結(jié)構(gòu)材料、電子材料和催化材料之一。這類材料傳統(tǒng)上一般采用高溫反應(yīng)的方法來制備,但不能獲得納米級(jí)材料。另有一些在低溫下合成的研究嘗試,都只能得到非晶產(chǎn)物,晶體材料需要在較高溫度下晶化,而高溫晶化很難得到納米級(jí)別的材料。本論文為解決

2、傳統(tǒng)高溫合成方法不能合成納米晶體材料的問題,進(jìn)一步拓展了高溫自蔓延法和化學(xué)氣相沉積法制備非氧化物納米材料的領(lǐng)域和理論:(1)制備出了納米TiB2多晶粉、超細(xì)碳化硼多晶粉、刺猬狀水合硼酸鈣、號(hào)角狀納米氮化硼、BNNTs/TiN/TiB2復(fù)合納米陶瓷粉等無機(jī)非氧化物含硼納米材料;(2)探究了刺猬狀水合硼酸鈣和號(hào)角狀納米氮化硼的反應(yīng)和形成機(jī)制,具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　一、1)采用一種吸熱反應(yīng)來調(diào)節(jié)劇烈放熱的鎂熱自蔓延反應(yīng)來調(diào)控制備二硼化

3、鈦多晶粉。以B2O3、TiO2、Mg和KBH4為原料,按照配比稱量和混合均勻,將混合粉體或壓塊經(jīng)自蔓延反應(yīng)及分離提純制得納米級(jí)二硼化鈦多晶粉。產(chǎn)物粒徑范圍為20～120nm之間,純度不低于80％。2)采用PVA-硼酸前驅(qū)體與金屬鎂粉、硼酐為原料,通過自蔓延法合成超細(xì)碳化硼多晶粉,碳化硼超細(xì)多晶粉產(chǎn)品的收率不低于95%。產(chǎn)物含硼、碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為82.81%、16.65%,其中游離硼含量不高于0.65%、游離C含量不高于2.65%。含

4、氧小于0.5%,含鎂小于0.1%。碳化硼多晶粉顆粒尺寸為0.1～1μm,平均約為0.5μm。
　　二、1)采用水熱法在90°C下加熱處理硼酸和氫氧化鈣24h合成了由納米片組成的具有刺猬狀結(jié)構(gòu)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的納米片構(gòu)成。另外提出的氣液固生長(zhǎng)機(jī)制用來解釋多晶刺猬狀Ca2B2O5·H2O微球的生長(zhǎng)機(jī)制。
　　2)利用CVD反應(yīng)原理,用刺猬狀Ca2B2

5、O5·H2O與氨氣通過退火反應(yīng)合成了號(hào)角狀六方氮化硼納米粉,產(chǎn)品形貌均一、產(chǎn)率和純度均很高,平均長(zhǎng)度和錐角約分別為4μm和25o,提出氣液固生長(zhǎng)機(jī)制用來解釋號(hào)角狀六方氮化硼納米粉的形成機(jī)制。
　　三、利用SHS-CVD法的反應(yīng)原理原位制備了BNNTs/TiN/TiB2復(fù)合陶瓷粉,復(fù)合陶瓷粉為BNNTs/TiN納米復(fù)合粉、BNNTs/TiN/TiB2納米復(fù)合粉。BNNTs/TiN復(fù)合陶瓷粉中BNNTs密度較低,粗細(xì)不均,長(zhǎng)度大于5μ