一种硅包覆六方氮化硼的制备方法与流程

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种硅包覆六方氮化硼的制备方法。

背景技术：

1、六方氮化硼(h-bn)的晶面与石墨具有相似的结构，因此具有石墨化类平面的许多独特性质，如高超的热导率、良好的耐腐蚀性、润滑性和抗氧化性，其在绝缘材料、耐火材料、散热材料、高温固体润滑剂、超硬材料、集成电路封装、抗氧化添加剂等方面具有广泛的的应用前景。但由于六方氮化硼的化学性质非常稳定，表面缺少活性基团，导致其难以在有机物中分散，这大大限制了氮化硼的应用范围。

2、近年来，很多研究致力于制备分散性能良好的改性氮化硼材料。发明专利cn87100500公开了一种富硼多晶立方氮化硼磨料的制备方法，使用富硼多晶立方氮化硼，不加烧结助剂，经高温高压再烧结得到烧结良好的多晶体，然而，这种方法采用富硼多晶立方氮化硼为原料，不易获得，价格昂贵，而且所需的高温高压条件苛刻，因而难以推广应用。专利号cn112588259a公开了一种石墨烯和氮化硼复合材料的制备方法，使用氧化石墨烯、氮化硼和矿化剂，经过高温烧结得到良好的烧结体，然而，得到的氮化硼烧结体尺寸不均匀，存在有晶粒非正常生长的现象，限制了它的应用前景。

技术实现思路

1、基于背景技术所述的问题，本发明的目的在于提供一种硅包覆六方氮化硼的制备方法，本发明提供的制备方法能够实现硅对六方氮化硼的有效包覆，提高了氮化硼的分散性能，并且改善了烧结过程中粉体尺寸不均匀的问题。

2、本发明提供了一种硅包覆六方氮化硼，其具体形成过程及原理如下：首先对六方氮化硼进行表面羟基化改性，使硅烷偶联剂便于在六方氮化硼表面键合硅氧，再采用修饰有硅氧层的六方氮化硼、硅粉和矿化剂混合，通过熔融冷却的方法处理实现硅粉对六方氮化硼粉的熔融包覆，硅氧中由于氧原子的存在，带负电；而硅粉在融化后由于电子热激活有一定的丢失，整体带正电，二者静电吸附，进而在熔融包覆过程中，以硅氧层作为连接中介，使得硅粉通过硅氧粘结在六方氮化硼表面，同时，矿化剂降低六方氮化硼的熔点，使六方氮化硼的表面液化，从而达到硅粉全面包覆六方氮化硼。实施例结果表明，本发明成功实现了硅在六方氮化硼粉体的包覆。

3、本发明提供一种硅包覆六方氮化硼粉体的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)制备硅氧层包覆六方氮化硼粉体；

5、(2)将上述硅氧层包覆六方氮化硼粉体与硅粉、矿化剂混合，先在氩气下煅烧，煅烧温度为1450℃，保温时间为1h，然后在氮气或氨气下煅烧，煅烧温度为1500～1900℃，保温时间为1～8h，待烧结体自然冷却至室温后球磨5～60min，即得到硅包覆六方氮化硼。

6、所述步骤(1)制备的硅氧层包覆六方氮化硼粉体，具体包括如下步骤：

7、(1)制备羟基化氮化硼：将10～100μm六方氮化硼粉体和一定质量浓度的酸溶液或碱溶液在室温下转速为50～300r/min搅拌反应6～24h后得到悬浮液，悬浮液用蒸馏水洗涤三次后抽滤得到滤饼，把滤饼放入80℃恒温干燥箱烘干12～24h，即得羟基化氮化硼粉体；

8、(2)将上述羟基化氮化硼与一定量蒸馏水混合形成悬浊液，再加入一定量有机溶剂形成混合液，并将硅烷偶联剂以一定比例加入到混合液中，并在50～120℃下，转速为50～300r/min，搅拌反应6～24h，反应结束后冷却至室温，用无水乙醇洗涤三次后抽滤得到滤饼，把滤饼放入80℃恒温干燥箱烘干12～24h，即得硅氧层包覆六方氮化硼粉体。

9、所述步骤(2)中硅氧层包覆六方氮化硼粉体与硅粉、矿化剂的质量比为100～200:10～50:0.5～10；所述矿化剂为含钪氧化物、含钇氧化物、含镧氧化物中的一种或多种。

10、所述硅粉为金属硅粉，形貌为类球状颗粒，中位径d50为1～5μm。

11、所述六方氮化硼与酸溶液或碱溶液的质量比为1～100:20～2000；所述酸溶液或碱溶液为过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾、浓硫酸和浓硝酸的一种。

12、所述羟基化氮化硼与蒸馏水、有机溶剂、硅烷偶联剂的质量比为1:50～100:10～50:0.01～0.05；所述有机溶剂包括环己烷、无水乙醇和丙酮中的一种或多种；所述硅烷偶联剂包括三甲基硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基硅氧烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和六甲基二硅氧烷一种或多种。

13、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

14、(1)本发明成功实现了硅对六方氮化硼的有效包覆，从而大大提高了氮化硼的分散性能，其能有效地分散在有机溶剂中，进一步的提高改性氮化硼填充型复合材料的导热能力。

15、(2)相比于同等烧结条件的氮化硼，本发明烧结制备的硅包覆六方氮化硼粉体粒径分布集中，改善了烧结过程中粉体尺寸不均匀的问题。

技术特征：

1.一种硅包覆六方氮化硼粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硅包覆六方氮化硼粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)制备的硅氧层包覆六方氮化硼粉体，具体包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种硅包覆六方氮化硼粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中硅氧层包覆六方氮化硼粉体与硅粉、矿化剂的质量比为100～200:10～50:0.5～10；所述矿化剂为含钪氧化物、含钇氧化物、含镧氧化物中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种硅包覆六方氮化硼粉体的制备方法，其特征在于，所述硅粉为金属硅粉，形貌为类球状颗粒，中位径d50为1～5μm。

5.根据权利要求2所述的一种硅包覆六方氮化硼粉体的制备方法，其特征在于，所述(1)中六方氮化硼与酸溶液或碱溶液的质量比为1～100:20～2000；所述酸溶液或碱溶液为过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾、浓硫酸和浓硝酸的一种。

6.根据权利要求2所述的一种硅包覆六方氮化硼粉体的制备方法，其特征在于，所述(2)中羟基化氮化硼与蒸馏水、有机溶剂、硅烷偶联剂的质量比为1:50～100:10～50:0.01～0.05；所述有机溶剂包括环己烷、无水乙醇和丙酮中的一种或多种；所述硅烷偶联剂包括三甲基硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基硅氧烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和六甲基二硅氧烷一种或多种。

技术总结
本发明提供了一种硅包覆六方氮化硼的制备方法，所述方法以六方氮化硼为原料，对其表面进行羟基化和偶联剂改性处理，形成含有硅氧层的六方氮化硼；再与硅粉和矿化剂等原料在保护性气氛条件下熔融煅烧，即制得硅包覆六方氮化硼。本发明成功实现硅粉对六方氮化硼的有效包覆，得到的硅包覆六方氮化硼粉体尺寸均一、分散性能优异，大大改善了氮化硼在聚合物基体中的相容性，并且原料简单易得，成本较低。

技术研发人员：杨锦武,刘杰黎,张益
受保护的技术使用者：广东金戈新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13