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、機械強度大、高溫化學穩(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、磁學性能和催化活性,是一類最富潛力的非氧化物高溫結構材料、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的方法來制備,但不能獲得納米級材料。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,進一步拓展了高溫自蔓延法和化學氣相沉積法制備非氧化物納米材料的領域和理論:(1)制備出了納米TiB2多晶粉、超細碳化硼多晶粉、刺猬狀水合硼酸鈣、號角狀納米氮化硼、BNNTs/TiN/TiB2復合納米陶瓷粉等無機非氧化物含硼納米材料;(2)探究了刺猬狀水合硼酸鈣和號角狀納米氮化硼的反應和形成機制,具體研究內(nèi)容如下:
　　一、1)采用一種吸熱反應來調(diào)節(jié)劇烈放熱的鎂熱自蔓延反應來調(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)自蔓延反應及分離提純制得納米級二硼化鈦多晶粉。產(chǎn)物粒徑范圍為20～120nm之間,純度不低于80％。2)采用PVA-硼酸前驅體與金屬鎂粉、硼酐為原料,通過自蔓延法合成超細碳化硼多晶粉,碳化硼超細多晶粉產(chǎn)品的收率不低于95%。產(chǎn)物含硼、碳的質(zhì)量百分數(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構的水合Ca2B2O5·H2O多晶微球。多晶Ca2B2O5·H2O微球由大量平均厚度小于100nm的納米片構成。另外提出的氣液固生長機制用來解釋多晶刺猬狀Ca2B2O5·H2O微球的生長機制。
　　2)利用CVD反應原理,用刺猬狀Ca2B2

5、O5·H2O與氨氣通過退火反應合成了號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,平均長度和錐角約分別為4μm和25o,提出氣液固生長機制用來解釋號角狀六方氮化硼納米粉的形成機制。
　　三、利用SHS-CVD法的反應原理原位制備了BNNTs/TiN/TiB2復合陶瓷粉,復合陶瓷粉為BNNTs/TiN納米復合粉、BNNTs/TiN/TiB2納米復合粉。BNNTs/TiN復合陶瓷粉中BNNTs密度較低,粗細不均,長度大于5μ