本发明公开了一种高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法。通过材料设计和自蔓延高温合成技术，获得高纯度、高密度六方氮化硼粉末材料。该方法包括：配料与混料；压制成型；干燥；自蔓延合成；洗涤烘干；检测步骤。本发明以镁粉为主要还原剂，以六方氮化硼为诱导剂，在一定的压力下，通过自蔓延高温合成反应，制备高纯度，高密度六方氮化硼粉体。该方法工艺简单、流程短、连续性强的特点，可以满足高产量、低成本的工业化生产要求。与常规产品比较，密度提高幅度为28%以上。
1.一种高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a.配料与混料：按质量百分比取粉体材料Mg：40-50％、B：0.5-3％、B₂O₃：32-37％、BN：2-4.5％、加入混料机，混合6-8小时，加入质量百分比15-22％的氮元素，配料中使用的氮元素由尿素提供，尿素的质量为所需氮元素的3-7倍，再混合2-4小时，卸料；b.压制成型：将卸下的料在粉末冶金液压机中压制成型，压制压力300-450MPa，保压时间20-30秒；c.干燥：将压制成型的压坯在电烘箱中100-120℃干燥10-24小时，保护气氛为高纯氮气，保持正压；d.自蔓延合成：氮气在反应之前过量通入反应釜，压力达到20-30MPa停止通入，将压坯从电烘箱中取出，放入反应釜中，在反应釜中通入0.2MPa氮气排除反应釜中空气，然后通入高压氮气，保持反应釜内压力20-30MPa，通过点火器点燃进行自蔓延反应，反应后卸除高压力，继续通氮气保持正压，冷却至室温；e.洗涤烘干：从反应釜中取出反应物，对反应产物进行酸洗，再用去离子水洗涤，反复4次，最后120℃烘干得到产物；f.检测：采用中国国家标准方法检测，检测结果为材料密度ρ：0.93-1.03g/cm³，氮化硼h-BN≥99.5％，以B₂O₃计的游离硼≤0.3％。
2.根据权利要求1所述的高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法，其特征在于配料中使用的B₂O₃粉末在350-450℃下干燥12-24小时。
3.根据权利要求1所述的高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法，其特征在于所说的混料机为双锥式混料机。
4.根据权利要求1所述的高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法，其特征在于所说的自蔓延合成中的点火器为调压式变压器，加热材料为钼丝，点火剂为Ti粉，用量为30-50g/次。技术领域
本发明涉及一种高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法。
背景技术
六方氮化硼粉体（h-BN）是一种新兴的高温陶瓷材料，呈六方片状结构，具有良好的高温导热性、耐热性、耐腐蚀性、化学稳定性和润滑性等、特别是具有优异的电绝缘性，广泛应用于冶金、化工、机械、电子能源、航空航天等领域。随着技术发展，对该材料产生各种特殊要求，如高纯度、高密度、超细粒度等。传统的六方氮化硼粉体的制备方法主要有：硼酐或硼酸与氯化铵法；硼砂-尿素法；焦硼酸-尿素法；卤化硼-气相合成法；硼酸或硼酐或硼砂与氰化钠或氰化钾法；硼酸-磷酸三钙法等。这些传统的高温烧结合成工艺设备复杂、能耗大、周期长，导致成本太高，由于加入助剂，所得到的氮化硼纯度低，影响了其高温使用性能。在该领域，人们进行了诸多研究，查阅相关文献，辽东学院学报(自然科学版2008年02期)郑盛智“Synthesisxa0andxa0High-temperaturexa0Refiningxa0ofxa0Hexagonalxa0Boronxa0Nitride(h-BN)”；中国专利公开（公告）号：CN1613751，名称为“一种球磨水热合成氮化硼的方法”，采用水合肼为溶剂，以氯化铵、硼砂以及尿素球磨产物为原料合成氮化硼，解决了合成氮化硼原料毒性大、价格较昂贵的问题，应用于立方氮化硼的生产。中国专利公开（公告）号：CN1229767，名称为“一种用三氟化硼乙醚和氮化锂合成氮化硼的方法”；中国专利公开（公告）号：CN1931719，名称为“一种六方氮化硼纳米微球及合成方法和应用”；中国专利公开（公告）号：CN1868864，名称为“再生六方氮化硼的生产方法”等公开技术可以解决纯度问题，但工艺设备复杂、能耗大、周期长，导致成本过高，也无法生产出高密度材料，这类粉体产品密度不超过0.8g/cm³。中国专利公开（公告）号：CN1746134，名称为“一种低温快速制备高纯六方氮化硼陶瓷材料的方法”；中国专利公开（公告）号：CN97197074，“一种由纳米尺寸的微晶组成的六方氮化硼多晶体”；中国专利公开（公告）号：200810119692.6，“镁热还原制备氮化硼纳米管的方法”等属于采用自蔓延高温合成生产超细粉体的研究，无法生产出高密度粉体。
发明内容
本发明提供了一种高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法。通过材料设计和自蔓延高温合成技术，获得了高纯度、高密度六方氮化硼粉末材料。本发明提供的高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法包括以下步骤：a.配料与混料：按质量百分比取粉体材料Mg：40-50％、B：0.5-3％、B₂O₃32-37％、BN：2-4.5％、加入混料机，混合6-8小时，加入质量百分比15-22％的N元素，再混合2-4小时，卸料。b．压制成型：将卸下的料在粉末冶金液压机中压制成型，压制压力300-450MPa，保压时间20-30秒。c．干燥：将压制成型的压坯在电烘箱中100-120℃干燥10-24小时，保护气氛为高纯氮气，保持正压。d．自蔓延合成：将压坯从电烘箱中取出，放入反应器中，在反应器中通入0.2Mpa氮气排除反应器中空气，然后通入高压氮气，保持容器内压力20-30MPa，通过点火器点燃进行自蔓延反应。反应后卸除高压力，继续通氮气保持正压，冷却至室温。e．洗涤烘干：从反应器中取出反应物，对反应产物进行酸洗，再用去离子水洗涤，反复4次，最后120℃烘干得到产物。f.检测：采用中国国家标准方法检测，检测结果为材料密度ρ:0.93-1.03g/cm³，氮化硼（h-BN）≥99.5％，游离硼（B₂O₃）≤0.3％。所述配料中使用的B₂O₃粉末在350-450℃下干燥12-24小时。所述的配料中使用的N元素由过量的氮气与尿素或碳酸氢氨或尿素提供，碳酸氢氨或尿素的加入量为所需要氮元素质量的3-7倍。氮气在反应之前为过量通入反应釜，压力达到20-30MPa时停止通入。所述的混料机为双锥式混料机。所述自蔓延合成中的点火器为调压式变压器，加热材料为钼丝，点火剂为Ti粉，用量为30-50g/次。本发明与现有制备方法相比，其显著的有益效果体现在：以镁粉为主要还原剂，以六方氮化硼为诱导剂，在一定的压力下，通过自蔓延高温合成反应，制备高纯度，高密度六方氮化硼粉体。该方法工艺简单、流程短、连续性强的特点，可以满足高产量、低成本的工业化生产要求。与常规产品比较，密度提高幅度为28%以上。
具体实施方式
高温自蔓延合成高密度六方氮化硼的方法具体工艺步骤如下：1.粉体材料配方：按质量百分比计算，取粉体Mg：45％、B：2.0％、B₂O₃：35％、、BN：3.0％、氮元素15％。以氮元素量为基数，取3倍质量的尿素作为氮元素供体。镁粉采用-60目工业纯材料，其余粉体均为-200目，纯度为化学纯，B₂O₃在使用前400℃干燥24小时。2．混料：按上述配方称取总量为10公斤的各种粉末，依次将4.5公斤Mg粉、0.2公斤B粉、3.5公斤B₂O₃粉、0.3公斤BN粉加入双锥混料机，混合6小时，由1.5公斤氮元素折算，加入4.5公斤尿素，再混合2小时，完成混料后卸料。3．压块：将卸出的料压制成坯块，坯块为φ60×H60的圆柱体，压制力400Mpa，压制设备为粉末冶金液压机。4．干燥：干燥温度：120℃，干燥时间12小时，保护气氛为高纯氮气，保持正压。5.自蔓延反应：将坯块投入反应釜，通入0.2Mpa氮气排除反应器中空气，然后通入高压氮气，保持容器内压力为20-30MPa。调压式变压器作为点火器，加热材料为钼丝，点火剂为Ti粉，用量为40g/次，点火器点燃进行自蔓延反应。反应后卸出高压力，继续通入氮气，冷却到室温。6．洗涤：对反应产物进行盐酸浸洗，再用去离子水洗涤，反复4次，盐酸质量浓度为10％。7．烘干：在干燥箱内将洗涤后的反应物烘干，烘干温度120℃，烘干时间12小时。8．检测：依据中国国家标准进行检测，各项指标为:密度ρ:0.99g/m³，平均粒度D₅₀（微米）﹥1.0，氮化硼（h-BN）≥99.6％，游离硼（B₂O₃）≤0.1％。