一种BN纤维的低温制备方法以及BN纤维技术

本发明专利技术属于氮化硼纤维制备技术领域，公开了一种BN纤维的低温制备方法以及BN纤维，低温制备方法包括以下步骤：在保护气氛下，以聚硼氮烷为有机前驱体原料，加入硅油后得到原纤维；将原纤维置于反应气氛炉中，通入反应气，在加热条件下对原纤维进行预处理；在氨气气氛下，对预处理后的原纤维进行第一级加热处理；在氮气气氛下，对第一级加热处理后的原纤维进行第二级加热处理，得到BN纤维。本技术方案能够使无定形的BN向h

【技术实现步骤摘要】
一种BN纤维的低温制备方法以及BN纤维


[0001]本专利技术属于氮化硼纤维制备
，具体涉及一种BN纤维的低温制备方法以及BN纤维。

技术介绍

[0002]氮化硼(BN)纤维在耐高温领域中的应用非常广泛，可以用来制备耐高温的特殊电解材料和电子制造耐性材料、耐高温的润滑剂、添加剂、导热添加剂等，还可用作脱模剂的添加剂，是一种优良的耐高温材料。还因其介电性能优异、高温力学性能稳定和损耗角正切小等优点，BN纤维成为新一代耐高温透波陶瓷基复合材料的最佳增强体纤维之一。
[0003]现有的BN纤维的制备方法主要为两类，一类是化学转化法，另一类是有机前驱体转化法，但由于BN纤维的结晶温度为1700~2000℃，无论是化学转化法还是有机前驱体转化法，烧结温度都需达到较高程度才能使BN结晶，导致了能耗以及制备成本较高，严重限制了BN纤维的应用和推广。因此，如何降低BN纤维的结晶温度是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，第一方面，本专利技术设计了一种BN纤维的低温制备方法，包括以下步骤：在保护气氛下，以聚硼氮烷为有机前驱体原料进行熔融纺丝，加入硅油后得到原纤维；所述保护气氛为氮气；将原纤维置于反应气氛炉中，通入反应气，在加热条件下对原纤维进行预处理；在氨气气氛下，对预处理后的原纤维进行第一级加热处理；在氮气气氛下，对第一级加热处理后的原纤维进行第二级加热处理，得到BN纤维。
[0005]在本专利技术的一种实施方式中，所述硅油的上油量为200~800μl/min。
[0006]在本专利技术的一种实施方式中，在通入所述反应气之前，对反应气氛炉进行抽真空处理，并置换2~4次反应气。
[0007]在本专利技术的一种实施方式中，所述反应气包括氮气和干燥空气，反应气中所述氮气与干燥空气的流量比为1：(0.2~0.8)立方米每小时。
[0008]在本专利技术的一种实施方式中，所述预处理的加热条件为：以2~10℃/min的升温速率，由室温升温至110~130℃，保温20~60min，保温结束后在氮气气氛下降温至室温。
[0009]在本专利技术的一种实施方式中，所述第一级加热处理为：以0.5~2℃/min的升温速率，由室温升温至900~1100℃，对预处理后的原纤维保温2~5h。
[0010]在本专利技术的一种实施方式中，所述第二级加热处理为：以2~5℃/min的升温速率，由第一级加热处理的保温温度升温至1300~1450℃，对第一级加热处理后的原纤维保温0.5~3h。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述氨气的流量为1~3立方米每小时，所述氮气的流量为1~3立方米每小时。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，制备方法中所用到的氨气和氮气的纯度均为99.999%~100%。
[0013]第二方面，本专利技术设计了一种BN纤维，所述BN纤维由上述任一所述的低温制备方法制备得到。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，所述BN纤维的氧含量为1.5~3.8wt%，介电常数为3.1~4.1，介电损耗为0.0031~0.0095。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本技术方案加入硅油作为拉丝集束剂，解决了BN纤维在纺丝过程中发生静电和集束性较差的问题。通过调整反应气氛炉中的气氛组成，引入了氧气参与反应，在预处理过程中氧气与碳结合生成CO或CO2气体，能够促进碳的脱除，进而有利于降低BN纤维的介电常数和介电损耗。
[0016]硅油物理渗透进BN纤维的内部，为BN纤维提供了硅源，在第一级加热处理阶段，硅、氧气可以与原纤维形成Si
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O
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B结构，Si
‑
O
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B结构能够与BN形成固溶体，使其晶格畸变而得到活化，从而降低BN的结晶温度。Si
‑
O
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B结构还有助于无定形的BN向h
‑
BN转变，在1400℃左右即可形成更为完整的BN晶粒，其结晶度可达到93.7%，结晶效果较好。
[0017]在第一级加热处理阶段进行无机化处理，使氨气与B
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O键反应生成NO和H2O，实现了氧的部分脱除，使氨气与原纤维中的B
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NHCH3反应生成CH3NH2气体，实现碳的脱除；在第二级加热处理阶段进行陶瓷化处理，使原纤维在高温下结晶、晶粒长大，并使剩余的氧在高温下脱除，得到BN纤维。通过本技术方案能够实现低能高效地大规模生产BN陶瓷纤维，促进BN陶瓷纤维的应用和推广。
附图说明
[0018]图1为本专利技术对比例1制备的BN纤维的电镜图。
[0019]图2为本专利技术实施例2和对比例2制备得到的BN纤维的X射线衍射图。
[0020]图3为本专利技术实施例3和对比例3制备得到的BN纤维的X射线衍射图。
[0021]图4为本专利技术实施例3制备的BN纤维的SEM图。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0023]实施例1本实施例提供一种BN纤维的低温制备方法，包括以下步骤：步骤1：在氮气保护下，以聚硼氮烷为有机前驱体原料进行熔融纺丝，以200μl/min的上油量加入苯基硅油作为集束剂，获得BN原纤维。
[0024]步骤2：将BN原纤维置于反应气氛炉中，对反应气氛炉进行抽真空处理，并置换2次反应气，然后通入包括高纯氮气和干燥空气的反应气，其中高纯氮气与干燥空气的流量比为1：0.2立方米每小时；在加热条件下对BN原纤维进行预处理，所述加热条件为：以2℃/min的升温速率，由室温升温至110℃，保温60min，保温结束后在氮气气氛下降温至室温。
[0025]步骤3：在氨气气氛下，对预处理后的原纤维进行第一级加热处理，其中氨气的流
量为1立方米每小时，第一级加热处理为：以0.5℃/min的升温速率，由室温升温至900℃，并保温5 h。
[0026]步骤4：在氮气气氛下，对第一级加热处理后的原纤维进行第二级加热处理，其中氮气的流量为1立方米每小时，第二级加热处理为：以2℃/min的升温速率，由900℃升温至1300℃，并保温3h，得到BN纤维。
[0027]本实施例制备得到的BN纤维在1300℃的结晶度达到91.64%，氧含量为2wt%，1600℃下测得的介电常数为3.2，介电损耗为0.0034。
[0028]对比例1本对比例与实施例1的区别仅在于：步骤1：以1.5ml/min的上油量加入苯基硅油。
[0029]本对比例制备得到的BN纤维在1300℃的结晶度达到92.23%，引入的O与B和Si以B
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O和Si
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O的形式存在，本对比例虽然可以促进BN纤维的结晶，但Si含量增多后在高温阶段形成SiO2，会导致氧的脱除更加困难，导致本对比例中纤维的氧含量为4.26%，介电常数为2.76，介电损耗为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BN纤维的低温制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在保护气氛下，以聚硼氮烷为有机前驱体原料，加入硅油后得到原纤维；将原纤维置于反应气氛炉中，通入反应气，在加热条件下对原纤维进行预处理；在氨气气氛下，对预处理后的原纤维进行第一级加热处理；在氮气气氛下，对第一级加热处理后的原纤维进行第二级加热处理，得到BN纤维。2.根据权利要求1所述的BN纤维的低温制备方法，其特征在于，所述硅油的上油量为200~800μl/min。3.根据权利要求1所述的BN纤维的低温制备方法，其特征在于，在通入所述反应气之前，对反应气氛炉进行抽真空处理，并置换2~4次反应气。4.根据权利要求1所述的BN纤维的低温制备方法，其特征在于，所述反应气包括氮气和干燥空气，反应气中的所述氮气与干燥空气的流量比为1：(0.2~0.8)立方米每小时。5.根据权利要求1所述的BN纤维的低温制备方法，其特征在于，所述预处理的加热条件为：以2~10℃/min的升温速率，由室温升...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐学礼，丁伟宸，徐浩南，李茹，王玉娇，王重海，吕锋，陈勇，
申请(专利权)人：山东工业陶瓷研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：