專利名稱：一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米陶瓷粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
微波介電材料是指對波長在IIOOO咖，頻率在0.3 300Hz范圍的電磁波 透過率大于70%的材料，屬于光、電、磁和結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料范疇，為介電 一防熱一結(jié)構(gòu)一體化功能材料，具有低介電常數(shù)、低介電損耗、低熱導(dǎo)率、低 熱膨脹率、抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性能。因此，廣泛適用于航天、電子、通訊等 高科技領(lǐng)域。Si02和BN是兩種普遍使用的微波介質(zhì)材料，它們的介電常數(shù)和 介電損耗都很小，導(dǎo)熱性、抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性也很優(yōu)異。然而，在單獨(dú)作 為導(dǎo)彈天線窗材料使用時，兩種材料都存在下列問題熔石英材料燒結(jié)制備時 ^￡^_抗」瞎蝕性能較差；BN材料在空氣中使用時易于氧化和潮解，而且在 燒蝕過程中表面溫度高達(dá)300(TC，從而導(dǎo)致材料表面電離，損害其透波性能。 Si02和BN復(fù)合時可以達(dá)到很好的協(xié)同強(qiáng)化效果，雖然可以解決Si02燒結(jié)時析 晶和BN燒蝕時表面溫度過高的問題，但是Si02和BN在球磨混合過程中的均 勻性很難得到保障，從而直接影響復(fù)合材料的性能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)張俊寶等 人利用溶膠-凝膠法首次研究制備出SiBON塊體材料的方法，有效解決上述透 波材料在使用中的諸多問題，而且SiBON塊體材料獲得較好的力學(xué)性能，但是 該方法制備陶瓷粉體的合成周期較長(需10 30天)、制備工藝復(fù)雜(對溫度 條件要求苛刻，反應(yīng)溫度較窄，不容易控制，不利于大量生產(chǎn))、粉體顆粒尺 寸較大等問題，因此，制約了該材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決SiBON陶瓷粉體制備方法存在的合成周期較長、工藝繁雜 和不利于規(guī)?；a(chǎn)的問題，提供了一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，解 決上述問題的具體技術(shù)方案如下
本發(fā)明一種納米SiBON陶瓷粉體制備方法是由下列步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟一、將硼酸乙酯、乙醇和苯按照1 : 0. 5 : 3 9的摩爾比配制成
混合液，放入三口瓶中，進(jìn)行磁力攪拌；
步驟二、保持磁力攪拌，以10 50ml/h的添加速率向混合液中添加四氯 化硅液體，硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1 : 1 2;
步驟三、繼續(xù)維持磁力攪拌，以200 1000ml/min的流量向三口瓶中通入 氮?dú)?，采用油浴加熱裝置控制反應(yīng)溫度在60 9(TC，保持4 8小時；
步驟西、利用油浴加熱裝置將溫度升至90 11(TC并保持2 6小時(使其 中的有機(jī)物揮發(fā)，氮?dú)饬鲗⒂坞x的有機(jī)物帶走)，得到白色疏松的凝膠粉末；
步驟五、將步驟四獲得的凝膠粉末放入管式爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，在 1000ml/min氮?dú)饬飨?，管式爐以10°C/min的升溫速率升溫至600 80CTC并保 持溫度30 60min，然后隨爐冷卻至室溫取出經(jīng)熱處理的凝膠粉末；
步驟六、將經(jīng)熱處理后的凝膠粉末放入氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，初始充入0.5 1. OMpa高純氮?dú)猓瑲夥諢Y(jié)爐以10°C/min升溫速率升溫至1000 120(TC并保 持溫度2 6小時，隨爐冷卻至室溫，即制得SiBON納米陶瓷粉體。
m明選甩的原料容易獲取，工藝周期短(僅需要2 3日即可)、操作簡-便，易于規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)物顆粒度在20 50納米，產(chǎn)物為具有分散性好和非 晶態(tài)的SiBON納米陶瓷粉體。本發(fā)明的SiBON材料是在Si02和BN及其復(fù)合材 料的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一種微波介電材料，它綜合了熔石英和氮化硼的優(yōu) 點(diǎn)，具有優(yōu)良的防熱性能、透波性能、耐燒蝕性能和力學(xué)性能，是新型航天器 端頭防熱部件及通訊窗口材料的理想用材，在航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式是由下列步驟實(shí)現(xiàn)的
步驟一、將硼酸乙酯、乙醇和苯按照i : o. 5 : 3 9的摩爾比配制成
混合液，放入三口瓶中，采用磁力攪拌器進(jìn)行磁力攪拌(三口瓶反應(yīng)容器其中
的一個口用于溫度計(jì)測溫，另一個口進(jìn)氣、剩下的一個口出氣)；
步驟二、保持磁力攪拌，以10 50ml/h的添加速率向混合液中添加四氯
化硅液體，硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1 : 1 2;
步驟三、繼續(xù)維持磁力攪拌，以200 1000ml/min的流量向三口瓶中通入 氮?dú)?，采用油浴加熱裝置控制反應(yīng)溫度在60 90。C，保持4 8小時；
步驟四、將油浴加熱裝置溫度升至90 11(TC并保持2 6小時，使其中
的有機(jī)物揮發(fā)，氮?dú)饬鲗⒂坞x的有機(jī)物帶走，得到白色疏松的凝膠粉末；
步驟五、將步驟四獲得的凝膠粉末放入管式爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，在 1000ml/min氮?dú)饬飨拢苁綘t以10°C/min的升溫速率升溫至600 80(TC并保 持溫度30 60min,然后隨爐冷卻至室溫取出經(jīng)熱處理的凝膠粉末；
步驟六、將經(jīng)熱處理后的凝膠粉末放入氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，初始充入0.5 1. OMpa高純氮?dú)猓瑲夥諢Y(jié)爐以10°C/min升溫速率升溫至1000 120(TC并保 持溫度2 6小時，隨爐冷卻至室溫，即制得SiBON納米陶瓷粉體。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟二中的 硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1:1。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟二中的 硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1 : 1.5。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟二中的
硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為i: 2。
,^1l方式五；本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于歩驟六中的 氣氛燒結(jié)爐以10°C/min升溫速率升溫至1200°C。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟三中以
30ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟一中將
硼酸乙酯、乙醇和苯按照i : 0.5 : 9的摩爾比配制成混合液；步驟二中以以
10ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體，硼酸乙酯與四氯化硅的摩 爾比為1 : 2;步驟三中氮?dú)饬髁繛?00ml/min，油浴加熱控制反應(yīng)溫度為90°C 保持4小時；步驟四中油浴加熱控制反應(yīng)溫度升至10(TC并保持4小時；步驟 五在lOOOml/min氮?dú)饬飨拢?0°C/min的升溫速率升溫至800。C并保持溫度 半小時，步驟六初始充入0.5Mpa高純氮?dú)?，?0°C/min升溫速率升溫至 120(TC并保持溫度2小時。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
本實(shí)施方式制備的SiBON納米陶瓷粉體顆粒尺寸主要在20 30納米。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟一中將
硼酸乙酯、乙醇和苯按照l:o.5:3的摩爾比配制成混合液；步驟二中以
30ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體，硼酸乙酯與四氯化硅的摩
爾比為1 : 1.5;步驟三中氮?dú)饬髁繛?00ml/min，油浴加熱控制反應(yīng)溫度為 75'C保持6小時；步驟四中油浴加熱控制反應(yīng)溫度升至105"C并保持4小時； 步驟五在800ml/min氮?dú)饬飨?，?0°C/min的升溫速率升溫至700。C并保持 溫度45分鐘，步驟六初始充入0. 75Mpa高純氮?dú)?，?(TC/min升溫速率升溫 至IIO(TC并保持溫度4小時。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
本實(shí)施方式制備的SiBON納米粉體顆粒尺寸主要為20 50納米。
具體實(shí)施方式
九:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟一中將 硼酸乙酯、乙醇和苯按照1:0.5:6的摩爾比配制成混合液；步驟二中以 50ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體，硼酸乙酯與四氯化硅的摩 爾比為1 : 1;步驟三中氮?dú)饬髁繛?00ml/min，油浴加熱控制反應(yīng)溫度為60°C 保持6小時；步驟四中油浴加熱控制反應(yīng)溫度升至11(TC并保持4小時；步驟 五在800ml/min氮?dú)饬飨?，?0°C/min的升溫速率升溫至60(TC并保持溫度1 小時，步驟六初始充入1. OMpa高純氮?dú)?，?0°C/min升溫速率升溫至IOO(TC 并保持溫度6小時。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同?！?br> 權(quán)利要求
1、一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下步驟一、將硼酸乙酯、乙醇和苯按照1∶0.5∶3～9的摩爾比配制成混合液，放入三口瓶中，進(jìn)行磁力攪拌；步驟二、保持磁力攪拌，以10～50ml/h的添加速率向混合液中添加四氯化硅液體，硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1∶1～2；步驟三、繼續(xù)維持磁力攪拌，以200～1000ml/min的流量向三口瓶中通入氮?dú)?，采用油浴加熱裝置控制反應(yīng)溫度在60～90℃，保持4～8小時；步驟四、將油浴加熱裝置溫度升至90～110℃并保持2～6小時，得到白色疏松的凝膠粉末；步驟五、將步驟四獲得的凝膠粉末放入管式爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，在1000ml/min氮?dú)饬飨?，管式爐以10℃/min的升溫速率升溫至600～800℃并保持溫度30～60min，然后隨爐冷卻至室溫取出經(jīng)熱處理的凝膠粉末；步驟六、將經(jīng)熱處理后的凝膠粉末放入氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，初始充入0.5～1.0Mpa高純氮?dú)?，氣氛燒結(jié)爐以10℃/min升溫速率升溫至1000～1200℃并保持溫度2～6小時，隨爐冷卻至室溫，即制得SiBON納米陶瓷粉體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征 在于步驟二中的硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1 : 1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征 在于步驟二中的硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1 : 1.5。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征 在于步驟二中的硼酸乙酯與四氯化硅的摩爾比為1 : 2。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征 在于步驟六中的氣氛燒結(jié)爐以KTC/min升溫速率升溫至1200°C。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征 在于步驟三中以30ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征 在于步驟一中將硼酸乙酯、乙醇和苯按照1 : 0. 5 : 9的摩爾比配制成混合液； 步驟二中以10ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體，硼酸乙酯與四 氯化硅的摩爾比為1 : 2;步驟三中氮?dú)饬髁繛?00ml/min，油浴加熱控制反應(yīng) 溫度為90。C保持4小時；步驟四中油浴加熱控制反應(yīng)溫度升至IO(TC并保持4 小時；步驟五在1000ml/min氮?dú)饬飨?，?0°C/min的升溫速率升溫至800°C 并保持溫度半小時，步驟六初始充入0.5MPa高純氮?dú)?，?(TC/min升溫速率 升溫至120(TC并保持溫度2小時。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征在于步驟一中將硼酸乙酯、乙醇和苯按照i : o. 5 : 3的摩爾比配制成混合液；步驟二中以30ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體，硼酸乙酯與四 氯化硅的摩爾比為1 : 1.5;步驟三中氮?dú)饬髁繛?00ml/min，油浴加熱控制反 應(yīng)溫度為75i:保持6小時；步驟四中油浴加熱控制反應(yīng)溫度升至105'C并保持 4小時；步驟五在800ml/min氮?dú)饬飨?，?0°C/min的升溫速率升溫至70CTC 并保持溫度45分鐘，步驟六初始充入0. 75MPa高純氮?dú)?，?(TC/min升溫速 率升溫至IIO(TC并保持溫度4小時。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，其特征 在于步驟一中將硼酸乙酯、乙醇和苯按照1 : 0. 5 : 6的摩爾比配制成混合液； 步驟二中以50ml/h的滴加速率向混合液中滴加四氯化硅液體，硼酸乙酯與四 氯化硅的摩爾比為1 : 1;步驟三中氮?dú)饬髁繛?00ml/min,油浴加熱控制反應(yīng)溫度為6crc保持6小時；步驟四中油浴加熱控制反應(yīng)溫度升至iicrc并保持4小時；步驟五在800ml/min氮?dú)饬飨?，?0°C/min的升溫速率升溫至600°C 并保持溫度1小時，步驟六初始充入1. OMPa高純氮?dú)?，?0°C/min升溫速率 升溫至IOO(TC并保持溫度6小時。
全文摘要
一種納米SiBON陶瓷粉體的制備方法，它涉及納米陶瓷粉體的制備方法。它解決了現(xiàn)有SiBON陶瓷粉體制備存在的合成周期較長、工藝繁雜等問題。本發(fā)明的方法為一、將硼酸乙酯、乙醇和苯按照配制混合液，放入三口瓶中；二、向混合液中添加四氯化硅液體；三、維持磁力攪拌，向三口瓶中通氮?dú)饬?，采用油浴加熱方式控制反?yīng)溫度；四、提高反應(yīng)溫度；五、將凝膠粉末放入管式爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫取出經(jīng)熱處理的凝膠粉末；六、將經(jīng)熱處理后的凝膠粉末放入氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，充入高純氮?dú)猓鋮s至室溫，即制得SiBON納米陶瓷粉體。本發(fā)明選用的原料容易獲取，工藝周期短、操作簡便，產(chǎn)物顆粒度在20～50納米，產(chǎn)物為具有分散性好和非晶態(tài)的SiBON納米陶瓷粉體。
文檔編號C01B21/00GK101104518SQ20071007270
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者全保剛, 張曉東, 溫廣武, 白宏偉, 范葉明, 黃小蕭 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)