一种纳米金刚石制造技术

本发明专利技术属于多孔陶瓷泡沫材料领域，涉及一种纳米金刚石

【技术实现步骤摘要】
一种纳米金刚石/氮化硼复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于多孔陶瓷泡沫材料领域，涉及一种纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]三维网络泡沫碳材料由于良好的开孔结构和良好的导热率使其具有较好的介质填充
、
通过和换热能力，适用在航天
、
船舶等领域热管理系统中
。
然而在较高温度空气环境中，很多高导热泡沫碳材料已不能够胜任
。
泡沫碳材料在超过
300℃
环境中，极易发生氧化，造成热传导通道断裂，破坏三维连通的泡沫结构
。
传统陶瓷泡沫材料多为碳化硅
、
氮化铝
、
莫来石等，这些陶瓷泡沫材料高温稳定相差
、
热导率不高
、
抗热冲击能力差，因此，研发有氧环境耐高温的高导热的泡沫材料是十分必要的
。
[0003]六方氮化硼作为一种新型陶瓷材料，具有耐高温
、
耐腐蚀
、
高导热
、
电绝缘
、
热膨胀率极小等特点，在陶瓷
、
冶金
、
涂层涂料
、
吸附
、
催化等领域具有广范的应用
。
在
530 ℃
以上的高温环境中，六方氮化硼是具有最高热导率的陶瓷材料，且热导率基本上不随温度升高而降低
。
[0004]模板法是制备有序介孔氮化硼泡沫材料最常用的方法
。
专利
CN109095930A
公布的一种氮化硼泡沫材料及其制备方法，以三聚氰胺泡沫塑料为模板，通过在含氮化硼粉及烧结助剂的料浆中浸挂后，在密闭高压容器中热压致密化，再经过脱脂
、
高温热处理得到氮化硼泡沫材料
。
专利
CN114180972A
公布的一种氮化硼
/
碳泡沫材料的制备方法，将改性后氮化硼加入到预交联树脂中发泡固化
、
经过热处理氮化硼
/
碳泡沫复合材料，该种方法制备的材料孔径和孔率可调，且具有高孔隙率
、
高比表面积的特点
。
然而该材料由于存在大量石墨微晶属于导电物质，且该材料具有较多大孔（
≥50nm
），因此在吸附
、
催化等方面还受到一定的限制
。

技术实现思路

[0005]针对模板法和化学气相沉积法存在的工艺复杂
、
成本高，材料的孔隙率和比表面积不佳的技术问题，本专利技术提出一种纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的制备方法
。
通过该方法得到纳米金刚石
/BN
泡沫复合材料，具备孔隙率高
、
比表面积大，且孔径和孔隙率可调，生产成本小，工艺简单，生产周期短，能耗小的特点
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的制备方法，步骤如下：（1）将纳米金刚石进行有机改性后加至三聚氰胺预聚体中，进行预交联反应，得到含金刚石的预交联树脂；（2）将步骤（1）所得的含金刚石的预交联树脂进行发泡
、
固化，得到金刚石发泡体材料；（3）将步骤（2）所得的金刚石发泡体材料置于氮硼溶液中，反复提拉，干燥，得金刚
石
/
氮化硼前驱体发泡体；（4）将步骤（3）所得的金刚石
/
氮化硼前驱体发泡材料进行高温热处理，得到金刚石
/
氮化硼复合材料；所述步骤（3）中氮硼溶液为硼源和氮源的混合水溶液，其中氮源与硼源的摩尔比为
1:
（
1~10
）；所述硼源为硼酸
、
硼氨烷或氧化硼中的任意一种；所述氮源为尿素
、
三聚氰胺
、
缩二脲或硝酸铵中的任意一种；氮硼溶液中氮源和硼源的总质量占混合水溶液总质量的
2 wt%~5.5wt%。
[0007]所述步骤（1）中有机改性方法为：将三羟甲基氨基甲烷调节
pH
至
8.5
配制成缓冲溶液，加入质量比为
1:1
的纳米金刚石粉末和盐酸多巴胺，超声震荡
3 h
后，
60 ℃
微波超声搅拌
24 h
，过滤，无水乙醇洗涤数次，得到有机改性纳米的金刚石淤浆；所述的纳米金刚石粒径为
20~500 nm。
[0008]所述步骤（1）中三聚氰胺预聚体的制备方法为：将三聚氰胺与甲醛溶液以
1:
（
1~4
）的摩尔比混合，调节
pH
至8，升温反应，待溶液澄清后再加入乙二醇，继续反应
20~60 min
，即得三聚氰胺预聚体；所述甲醛溶液浓度为
37%
；所述乙二醇加入量占预聚体质量的
3~12%。
[0009]所述步骤（1）中有机改性纳米金刚石与预聚体的质量比（
0.05~0.4
）
:1
，预聚体的质量以固含量计
。
[0010]所述步骤（1）中在进行预交联反应时还加有表面活性剂，表面活性剂的加入量占预聚体质量的
4%
，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠
、
十二烷基硫酸钠或十二烷基三甲基溴化铵中的至少一种
。
[0011]所述步骤（1）中预交联反应的温度为
80℃
，预交联反应的时间为
0.5~2h。
[0012]所述步骤（2）中发泡采用的发泡剂为石油醚
、
碳酸钠
、
碳酸氢钠或正戊烷中的至少一种；所述固化采用的固化剂为甲酸或乙酸中的至少一种
。
[0013]所述发泡剂的加入量占预聚体质量的
3~9%
；固化剂的加入量占预聚体质量的
4~8%
；所述发泡为微波发泡，发泡时间为
60~210s。
[0014]所述步骤（4）高温热处理在氮气气氛中进行，其方法为：在氮气中升温至
1200~1600 ℃
，保温时间为
1~5 h
，然后降温至
550~750℃
，空气中保温
1~5 h。
升温速率为
1~10℃/min。
[0015]所述的纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的导热系数为
1.38~1.67W/(m
·
K)
，体积密度为
0.40~0.52g/cm3。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：纳米金刚石具有高模量
、
高硬度
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将纳米金刚石进行有机改性后加至三聚氰胺预聚体中，进行预交联反应，得到含金刚石的预交联树脂；（2）将步骤（1）所得的含金刚石的预交联树脂进行发泡
、
固化，得到金刚石发泡体材料；（3）将步骤（2）所得的金刚石发泡体材料置于氮硼溶液中，反复提拉，干燥，得金刚石
/
氮化硼前驱体发泡体；（4）将步骤（3）所得的金刚石
/
氮化硼前驱体发泡材料进行高温热处理，得到金刚石
/
氮化硼复合材料；所述步骤（3）中氮硼溶液为硼源和氮源的混合水溶液，其中氮源与硼源的摩尔比为
1:
（
1~10
）；所述硼源为硼酸
、
硼氨烷或氧化硼中的任意一种；所述氮源为尿素
、
三聚氰胺
、
缩二脲或硝酸铵中的任意一种；氮硼溶液中氮源和硼源的总质量占混合水溶液总质量的
2 wt%~5.5wt%。2.
根据权利要求1所述的纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中有机改性方法为：将三羟甲基氨基甲烷调节
pH
至
8.5
配制成缓冲溶液，加入质量比为
1:1
的纳米金刚石粉末和盐酸多巴胺，超声震荡
3 h
后在
60 ℃
微波超声搅拌
24 h
，过滤，无水乙醇洗涤数次，得到有机改性纳米的金刚石淤浆；所述的纳米金刚石粒径为
20~500 nm。3.
根据权利要求2所述的纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中三聚氰胺预聚体的制备方法为：将三聚氰胺与甲醛溶液以
1:
（
1~4
）的摩尔比混合，调节
pH
至8，升温反应，待溶液澄清后再加入乙二醇，继续反应
20~60 min
，即得三聚氰胺预聚体；所述甲醛溶液浓度为
37%
；所述乙二醇加入量占预聚体质量的
3~12%。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的纳米金刚石
/
氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长红，丁紫阳，李连荣，刘恒源，白玥碧，张旺玺，
申请(专利权)人：郑州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：