球形六方氮化硼及其制备方法

技术领域

本发明涉及氮化硼材料技术领域，特别涉及一种球形六方氮化硼及其制备方法。

背景技术

六方氮化硼具有导热各向异性，其面内的导热率是垂直于面内方向的导热率的几十倍。当将六方氮化硼应用到导热体系时，由于其层状结构使得它在体系中的分散很容易产生取向性，进而造成导热体系热传导各向异性。

当六方氮化硼在导热体系中大量填充时，会使体系的粘度极大地增加，严重限制了其应用。研究表明，长径比大的无机填料，由于易发生相互缠结，使应用体系粘度增加。而六方片状氮化硼长径比远大于球形六方氮化硼的长径比，因此，将六方片状氮化硼制备成球形，可以显著解决片状六方氮化硼在导热基体材料中热传导各向异性和难以大量填充的问题。现有技术中，专利《一种球形六方氮化硼团聚体的制备方法》制得了一种球形六方氮化硼团聚体，该团聚体虽然表现出热传导各向同性，但是其氮化硼一次粒子为平面与平面之间直接堆积，其作为导热填料时，热导率较低。

发明内容

基于此，本申请提供一种球形六方氮化硼及其制备方法，该制备方法将六方氮化硼、辅料和水制成粘度为55~85ku的浆料，将该浆料通过喷雾造粒得到球形颗粒，该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态，再通过排胶、烧结，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。该球形六方氮化硼的一次粒子呈平面和棱面相互接触的状态，容易形成连续的导热通道，且40%球形六方氮化硼与60%硅油混合，粘度在30~75万mPa.s，热导率在2~4 W/m.K。

本发明采用的技术方案是：

一种球形六方氮化硼，该球形六方氮化硼由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且所述六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态；其中，40%所述球形六方氮化硼与60%硅油混合，粘度在30~75万mPa.s，热导率在2~4 W/m.K。

进一步地，所述球形六方氮化硼的D50为60~200μm。

基于同样的发明构思，本申请还公开了上述球形六方氮化硼的制备方法，具体地，

球形六方氮化硼的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1. 将六方氮化硼、辅料和纯水制成粘度在55~85ku的浆料；

步骤S2. 将浆料送至喷雾造粒塔内，通过离心喷雾、干燥得到球形颗粒；该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态；

步骤S3. 将球形颗粒送至马弗炉中，通入空气，加热至600~750℃，使球形颗粒中的有机物得到充分分解；

步骤S4. 将球形颗粒送至烧结炉中，通入惰性气体保护，加热至1700~2000℃烧结，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。

本申请发现当浆料的粘度控制在55~85ku时，喷雾造粒可得到六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态的球形颗粒，该球形颗粒较平面与平面接触堆积的球形氮化硼团聚体导热性更好。

在本申请的制备方法中，所述步骤S1中，辅料包括粘结剂、分散剂和烧结助剂。

在本申请的制备方法中，所述粘结剂为PVA或丙烯酸树脂；

所述分散剂为含季铵基团的聚合物、聚氧乙烯类或聚酰胺类；

所述烧结助剂为氧化钙、氧化钇、氟化钙、氧化镁、二氧化硅、氧化铝中的一种或多种。

在本申请的制备方法中，所述步骤S1中，六方氮化硼与辅料的质量比为3~10:1。

在本申请的制备方法中，所述步骤S1中，浆料的具体制备方法为：将纯水、六方氮化硼、辅料在300~1000rpm转速下，搅拌1~3h，使物料分散均匀；取样测试搅拌釜内浆料的粘度，使浆料的粘度控制在55~85ku。

在本申请的制备方法中，所述步骤S2中，喷雾造粒塔进出口干燥气体的温度差为120~150℃。

在本申请的制备方法中，所述步骤S4中，烧结方式为：先在温室条件下抽真空至100Pa以下，然后持续通入惰性气体至标准大气压+15kPa；从室温以10~15℃/min的速率程序升温至1700~2000℃，保温2~6h。

在本申请的制备方法中，所述惰性气体为氮气。

发明的有益效果是：

本发明提供了一种球形六方氮化硼及其制备方法，该制备方法将六方氮化硼、辅料和纯水制成粘度为55~85ku的浆料，将该浆料通过喷雾造粒得到球形颗粒，该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态，形成连续的导热通道，再通过排胶、烧结，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。该球形六方氮化硼的D50为60~200μm；将40%球形六方氮化硼与60%硅油混合，进行粘度和热导率测试，发现其粘度在30~75万mPa.s，热导率在2~4 W/m.K，可广泛用于导热领域。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1的球形六方氮化硼的扫描电子显微镜图一；

图2为本申请实施例1的球形六方氮化硼的扫描电子显微镜图二；

图3为本申请实施例1的球形六方氮化硼的扫描电子显微镜图三。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请公开了一种球形六方氮化硼及其制备方法，该球形六方氮化硼的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1. 将六方氮化硼、辅料和纯水制成粘度在55~85ku的浆料；

步骤S2. 将浆料送至喷雾造粒塔内，通过离心喷雾、干燥得到球形颗粒；该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态；

步骤S3. 将球形颗粒送至马弗炉中，通入空气，加热至600~750℃，使球形颗粒中的有机物得到充分分解；

步骤S4. 将球形颗粒送至烧结炉中，通入惰性气体保护，加热至1700~2000℃烧结，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。

本申请将六方氮化硼、辅料和纯水制成粘度为55~85ku的浆料，将该浆料通过喷雾造粒得到球形颗粒，该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态，再通过排胶、烧结，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。

本申请球形六方氮化硼的D50为60~200μm；将40%球形六方氮化硼与60%硅油混合，进行粘度和热导率测试，发现其粘度在30~75万mPa.s，热导率在2~4 W/m.K，可广泛用于导热领域。

本申请发现当浆料的粘度控制在55~85ku时，将该浆料进行造粒，可得到六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态的球形颗粒，该球形颗粒表现为热传导各向同性，由于六方氮化硼面内的导热率是垂直于面内方向的导热率的几十倍，因此六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触，较平面与平面接触堆积的球形氮化硼团聚体导热性更好。

具体地，步骤S1中，辅料包括粘结剂、分散剂和烧结助剂。

粘结剂为PVA、丙烯酸树脂或其它水性粘结剂。

分散剂为含季铵基团的聚合物、聚氧乙烯类、聚酰胺类或其它水性分散剂。

烧结助剂为氧化钙、氧化钇、氟化钙、氧化镁、二氧化硅、氧化铝中的一种或多种。

具体地，步骤S1中，浆料的具体制备方法为：将纯水、六方氮化硼、辅料在300~1000rpm转速下，搅拌1~3h，使物料分散均匀；取样测试搅拌釜内浆料的粘度，使浆料的粘度控制在55~85ku。

具体地，喷雾造粒塔进出口干燥气体的温度差为120~150℃。

具体地，步骤S4中，烧结方式为：先在温室条件下抽真空至100Pa以下，然后持续通入氮气至标准大气压+15kPa；从室温以10~15℃/min的速率程序升温至1700~2000℃，保温2~6h。

实施例1

先将纯水与六方氮化硼、PVA、聚氧乙烯醚、氧化镁在300rpm转速下，搅拌3h，将物料分散均匀；取样测试搅拌釜内浆料的粘度，使浆料的粘度保持在55ku。将浆料送至喷雾造粒塔内，喷雾造粒塔进出口干燥气体的温度差为120℃，通过离心喷雾、干燥得到球形颗粒；该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态；再将球形颗粒送至马弗炉中，通入空气，加热至600℃，使球形颗粒中的有机物得到充分分解；最后将将球形颗粒送至烧结炉中，先在温室条件下抽真空至100Pa以下，然后持续通入氮气至标准大气压+15kPa；从室温以10℃/min的速率程序升温至1700℃，保温6h，烧结助剂生成液相，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。该球形六方氮化硼的形貌如附图1~3所示，该球形六方氮化硼由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态。

实施例2

先将纯水与六方氮化硼、丙烯酸树脂、聚酰胺、氧化钇在600rpm转速下，搅拌2h，将物料分散均匀；取样测试搅拌釜内浆料的粘度，使浆料的粘度保持在70ku。将浆料送至喷雾造粒塔内，喷雾造粒塔进出口干燥气体的温度差为130℃，通过离心喷雾、干燥得到球形颗粒；该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态；再将球形颗粒送至马弗炉中，通入空气，加热至650℃，使球形颗粒中的有机物得到充分分解；最后将将球形颗粒送至烧结炉中，先在温室条件下抽真空至100Pa以下，然后持续通入氮气至标准大气压+15kPa；从室温以10℃/min的速率程序升温至1900℃，保温3h，烧结助剂生成液相，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。

实施例3

先将纯水与六方氮化硼、PVA、聚氧乙烯醚、氧化钙和二氧化硅在1000rpm转速下，搅拌1h，将物料分散均匀；取样测试搅拌釜内浆料的粘度，使浆料的粘度保持在85ku。将浆料送至喷雾造粒塔内，喷雾造粒塔进出口干燥气体的温度差为150℃，通过离心喷雾、干燥得到球形颗粒；该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态；再将球形颗粒送至马弗炉中，通入空气，加热至750℃，使球形颗粒中的有机物得到充分分解；最后将将球形颗粒送至烧结炉中，先在温室条件下抽真空至100Pa以下，然后持续通入氮气至标准大气压+15kPa；从室温以15℃/min的速率程序升温至2000℃，保温2h，烧结助剂生成液相，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。

对比例1

将不同粒度的六方片状氮化硼与不同粒度的本申请制备的球形六方氮化硼进行比较，结果如表1所示。

本申请提供了一种球形六方氮化硼及其制备方法，该制备方法将六方氮化硼、辅料和纯水制成粘度为55~85ku的浆料，将该浆料通过喷雾造粒得到球形颗粒，该球形颗粒由六方氮化硼一次粒子通过连续架桥搭接方式聚集而成，且六方氮化硼一次粒子呈棱面与平面接触状态，形成连续的导热通道，再通过排胶、烧结，将氮化硼片晶的架桥搭接聚集方式固定，得到球形六方氮化硼。该球形六方氮化硼的D50为60~200μm；将40%球形六方氮化硼与60%硅油混合，进行粘度和热导率测试，发现其粘度在30~75万mPa.s，热导率在2~4 W/m.K，可广泛用于导热领域。

以上仅为本发明的优选实施例而已，不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。