Способ получения нитрида бора

 

-1

СПИ(.-Анй Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

CeIes Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

Заявлено 09.Ill.1967 (№ 1140362/23-26)

Приоритет 09.Ш.1966, № 3377/66, Швейцария

Опубликовано 21.IX.1971. Бюллетень ¹ 28

ЧПК С Olb 21/06

Комитет по делам изобретеиий и открытий ори Спеете Министров

СССР

УДК 661.55(088.8) Дата опубликования описания 19.XI.1971

Авторы изобретения

Иностранцы

Альберт Бабль и Хайнц Генг (Федеративная Республика Германии) Иностранная фирма

«Лонца — Верке ГмбХ» (Федеративная Республика Германии) Заявитель

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА БОРА

Изобретение относится к способу получения гексагональной модификации нитрида бора из кислородсодержащего соединения бора и органического соединения азота. Гексагональный нитрид бора является тугоплавким, огнестойким материалом, обладающим особыми электрическими смазывающими свойствами.

Известен способ получения нитрида бора из кислородсодержащего соединения бора в присутствии инертного, высокоплавкого и способного вымываться разбавителя, обладающе о большим объемом, например фосфорнокислого кальция, в результате воздействия аммиака при температуре 700 — 1100 С. Из смеси, в которой протекает реакция обменного разложения, разбавитель должен быть отмыт кислотой. Выделяющийся при этом в виде осадка нитрид бора неустойчив и характеризуется наличием плохо образованной решетчатой структуры.

С целью получения устойчивого нитрида бора, имеющего хорошо сформированную кристаллическую структуру, по предлагаемому способу смесь кислородсодержащего соединения- бора и азотсодержащего соединения сушаг при температуре 110 — 350 С, смешивают с нитридом щелочноземельного металла, применяемого в качестве катализатора, затем полученную смесь нагревают в атмосфере инертного газа при температуре 1600 — 2100"С, выдерживают при окончательной температуре в течение 5 — 90 мин; охлажденный продукт измель5 чают, подвергают обработке водой;; выделившийся нитрид бора отфильтровывают и высушивают. С целью получения лучшего выхода исходную смесь, содержащую катализатор, отпрессовывают в виде таблеток под давлением

10 100 — 2000 ка/сл"-.

В качестве кислородсодержащего соединения бора можно использовать борную кислоту, окись бора и соединения, отщепляющие окись бора.

15 В качестве органического азотсодержащего соединения можно применять меламин, карбамид или дициандиамид.

Как катализатор можно и пользовать нитpHJI щелочноземельного ilIpT3 IJIB, B особенно20 сти нитрид магния или кальция. Предпочтительно для проведения реакции применять сосуд, неоднократно использовавшийся для получения гексагонального нитрида бора, на стенках которого имеется ранее образовавший25 ся нитрид бора, количество которого достаточно для проведения последующей реакции без добавления катализатора.

Исходные вещества перемешивают в сухом

315346

Изд. Х 1324

Тираж 473

Подписное

Заказ 3252)6

Сапунова, 2

Типография, пр, виде в соотношении 1 моль соединения бора (в пересчете на В Оз) на 2 †г атом азота, содержащихся в применяемом органическом азотсодержащем соединении, Исходные вещества применяют в порошкообразном виде, причем размер частиц не имеет решающего значения.

11редл агаемый способ может осуществляться по псриодическому или непрерывному процессу, причем реакционную смесь подают в сосуд для проведения реакции, предпочтительно изготовленный из графита, или в рыхлом виде, или в виде отпрессованных таблеток.

При применении исходных материалов в рыхлом виде целесообразно закрывать реакционный сосуд крышкой, снабженной отверстиями.

Отпрессованные таблетки могут использоваться для проведения реакции и без применения специального реакционного сосуда. Например, в условиях производства, осуществляемого по непрерывному методу, отпрессованные таблетки можно перемещать через шахтную печь.

Г1ри осуществлении метода по непрерывной технологической схеме, например, в реакторе в виде наклонной трубы или в наклонной трубчатой печи необходимо следить за тем, чтобы температурный режим процесса, а также скорость приращения температуры и длительность выдержки реакционной смеси при установленной температуре находились бы в заданных пределах.

Полученный после проведения реакции продукт охлаждают, измельчают, размалывают и обрабатывают водой, предпочтительно при температуре 90 — 95 С. Желательно обработку водой проводить при перемешивании в течение 30 — 60 мия. Получающуюся суспензию фильтруют. Отфильтрованный нитрид бора высушивают при температуре около 105"С.

При определенных условиях после высушилания продукт подвергают измельчению. Потеря в весе после обработки водой составляе

0,5 — 2 вес. /о. Нитрид бора, полученный по предлагаемому способу, отличается по данным рентгенографического анализа очень хорошей гексагональной структурой.

Пр и м е р 1. 495 г борной кислоты (Н ВОз) и 336 г дициандиамида совместно перемалывают в сухом виде до порошкообразного состояния, после чего просушивают в фарфоровой чашке в сушильном шкафу в течение 5 час при температуре 190 С. Взвешиванием установлена потеря в весе, равная 24,4 /о (потеря в весе обусловлена отщеплением воды от борной кислоты и превращением последней в метаборную кислоту (НВО ). Далее смесь спекают в виде пористой массы.

Спеченную смесь грубо измельчают и после смешения с 0,5 вес. д нитрида кальция (Са,Nq) перемалывают в лабораторной вибрационной мельнице до образования зерен размером 0,2 мм. Далее из этой смеси отпрессовывают под давлением 1000 кг/см". оез добавления связующего бруски длиной 100 мм, шириной 12 мм и толщиной 8 — 12 мм, общий вес которых составляет 259 г. Затем бруски нагревают в атмосфере азота в течение 60 мин до 1850=С, после чего выдерживают их при этой температуре 20 мин. После последующей обработки получают 66,7 г нитрида бора. Цвет прореагировавших брусков белый, иногда отмечается зеленоватый оттенок. Содержание азота 55,8%. Бруски измельчают. Затем нитрид бора в состоянии тонкого помола промывают водой при 90"C. При этом потеря в весе составляет 0,4 /о. Дифракционное исследование, проведенное в рентгеновских лучах, пока зывает наличие очень хорошо кристаллизован. ного, чистого нитрида бора. Выход по отноше. нию к примененной борной кислоте 85,3 /О.

П р и и е р 2. 154,6 г борной кислоты и

150,0 г карбамида высушивают при 190 С в течение 8 час. Потеря в весе 52,7 /о. 90 г полученной смеси перемалывают с 1 вес. /о нитрида кальция (помол производят до образования зерен размером 0,5 мм) и отпрессовываюг в виде брусков. Полученные бруски помещают в графитовый тигель, который нагревают в атмосфере азота до 175 С в течение 60 мин, по". ле чего выдерживают при этой температуре

25 мин. После охлаждения бруски измельчаю и промывают, получая 30,4 г белого гексагонального нитрида бора, что соответствует выходу 97,5 /о (в пересчете на борную кислоту).

Предмет изобретения

1. Способ получения нитрида бора из кислородсодержащего соединения бора, например борной кислоты, соединения, содержащего азот, и катализатора, включающий смешение, сушку, обработку при высокой температуре, orличающийся тем, что, с целью получения нитрида бора гексагональной модификации, смесь кислородсодержащего соединения бора и азотсодержащего соединения сушат при температуре 110 — 350 С и обработку в присутствии катализатора ведут при температуре

1600 — 2100"C с выдержкой, охлаждением, измельчением и обработкой водой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходную смесь, содержащую катализатор, подают в зону реакции в форме брикетов, отпрессованных под давлением не менее

100 кг, см

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего соединения используют органическое азотсодержащее соединение, нпаример дициандиамид.

4. Способ по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что в качестве катализатора применяют нитрид щелочноземельного металла, например нитрид кальция, в,количестве от 0,2 до

10 вес о/о.

5. Способ по пп. 1 — 4, отличающийся тем, что на каждый моль окиси бора (барного ангидрида) BqO> применяют от 2 до б г атомов азота,