СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА Российский патент 1997 года по МПК C01B21/64 

Изобретение относится к производству кубического нитрида бора и может быть использовано при получении абразивных материалов для станко-инструментальной промышленности и как исходное сырье для получения компактов из кубического нитрида бора.

Известен способ получения кубического нитрида бора (кВN), включающий смешение порошков графитоподобного нитрида бора (гВN) и катализатора - борнитрида формулы LiMBN₂, где М Са или Ва, прессование смеси, воздействие на спрессованную смесь статическим давлением 40 60 кбар при нагреве до 1300 1600^oC с выдержкой 10 40 мин.

Недостатками этого способа являются высокая концентрация катализатора и низкий выход высококачественных порошков кВN.

Изобретение решает задачу повышения выхода кристаллов кубического нитрида бора дисперсностью 80 240 мкм.

Это достигается тем, что в смесь гВN и катализатора борнитрида щелочного и щелочноземельного металла дополнительно вводят порошок тетрааммиаката боргидрида цинка или аммиаката боргидрида натрия в количестве 1,5 5% от массы смеси, спрессованную смесь подвергают давлению 30 50 кбар и нагревают со скоростью 5 15^oC/c до 1000 1300^oC с выдержкой при этой температуре 30 120 с. Катализатор берут в количестве 7 16 мас.

Уменьшение количества тетрааммиаката боргидрида цинка или аммиаката боргидрида натрия не приводит к необходимому эффекту, увеличение неэффективно, т. к. ведет к увеличению процента разгерметизации реакционного объема аппарата высокого давления.

В качестве катализатора используют борнитрид лития, кальция в количестве 7 16 мас. Уменьшение количества катализатора приводит к резкому уменьшению общего выхода кубического нитрида бора, увеличение к увеличению процента поликристаллических сростков.

Понижение давления или температуры ведет к резкому снижению общего выхода порошков кубического нитрида бора, повышение параметров синтеза выше 50 кбар и 1300^oC приводит к увеличению поликристаллических сростков.

Нагрев ведут со скоростью 5 15^oC/c, что связано с использованием газоемких соединений, разложение которых при резком повышении температуры приводит к взрывной разгерметизации реакционного объема. Уменьшение скорости нагрева ниже 5^oC/c неэкономично.

В способе использовался порошок графитоподобного нитрида бора, соответствующий ТУ 2-036-707-77. Порошки Na(BH₄) • 2NH₃ и Zn(BH₄)₂ • 4NH₃ получены лабораторным способом и представляют собой тонкодисперсные порошки с размером частиц 15 мкм.

Идентификация продуктов синтеза кубического нитрида бора производилась методом рентгенофазового анализа и электронной микроскопии. Выход кубического нитрида бора определяли методом количественного рентгенофазового анализа и весовым.

Пример 1. Смесь готовят из 0,885 г порошка графитоподобного нитрида бора (удельная поверхность 1 м²/г,), 0,09 г порошка LiCaBN₂ с размером частиц < 150 мкм и 0,025 г порошка аммиаката боргидрида натрия с размером частиц < 150 мкм, смесь запрессовывают в рабочий объем контейнера при давлении 1 2 кбар и помещают в камеру высокого давления, поднимают давление до 30 кбар, нагревают до 1000^oC со скоростью 10^oC/c и выдерживают в течение 120 с. Затем последовательно снижают температуру до комнатной и давление до атмосферного, извлекают содержимое, подвергают его химической обработке, промывают водой, отделяют и сушат. Конечный продукт представляет собой по рентгеновским данным кубический нитрид бора с размером частиц 100 мкм янтарно-желтого цвета, плотность 3,47 г/см³ и период решетки 3,615 . Выход кBN составляет 43% от массы исходного гВN.

В таблице представлены параметры примеров 2 11, причем данные примеров 2 и 8 свидетельствуют о том, что в случае запредельных значений по концентрации катализатора или по температуре резко снижается выход кВN.

Как следует из приведенных в таблице данных, изобретение позволяет получить порошок кубического нитрида бора преимущественно монозернового состава при мягких режимах процесса (30 40 кбар и 1000 1300^oC). Время синтеза не превышает 2 мин. Дополнительным преимуществом является то, что все добавки к гВN легко вымываются водой, что весьма важно для выделения готового продукта, а также то, что при разложении катализатора и аммиакатов в смеси образуется дополнительное количество кBN, что также повышает выход конечного продукта.

Использование: получение абразивных материалов, исходное сырье для получения кВN. Сущность изобретения: смесь из порошков гBN, 7 - 16 мас.% LiCaBN₂ с размером частиц < 150 мкм и 1,5 - 5 мас.% Zu(BN₄)₂ • 4NH₃ или NaBN₄ • 2NH₃ с размером частиц < 150 мкм прессуют, помещают в камеру высокого давления, воздействуют статическим давлением 30 - 50 кбар, нагревают со скоростью 5 - 15^oC/c до 1000 - 1300^oC с выдержкой при этой температуре 30 - 120 с. Выход кBN с дисперсностью 80 - 240 мкм 40 - 57 мас.%. Примеси легко вымываются водой. 1 табл.

1 Способ получения кристаллов кубического нитрида бора, включающий смешивание графитоподобного нитрида бора и катализатора борнитрида щелочного и щелочноземельного металла, прессование полученной смеси, воздействие на нее высокого статического давления при нагреве до высокой температуры, отличающийся тем, что катализатор используют в количестве 7 16 мас. в указанную смесь дополнительно вводят 1,5 - 5,0 мас. порошка тетрааммиаката боргидрида цинка или аммиаката боргидрида натрия, на спресованную смесь воздействуют статическим давлением 30 50 кбар, а нагрев ведут со скоростью 5 15<198>С/с до 1000 1300<198>С с последующей выдержкой при указанной температуре в течение 30 120 с.