一种立方相氮化铝纤维的制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410436264.1

申请日:

2014.08.29

公开号:

CN104211025A

公开日:

2014.12.17

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C01B 21/072申请日:20140829|||公开

IPC分类号:

C01B21/072

主分类号:

C01B21/072

申请人:

中国计量学院

发明人:

杨清华; 王焕平; 徐时清; 雷若姗; 邓德刚; 汤雨诗

地址:

310018 浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号

优先权:

专利代理机构:

杭州求是专利事务所有限公司 33200

代理人:

韩介梅

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内容摘要

本发明公开的立方相氮化铝纤维的制备方法,其步骤包括:配制无水氯化铝、叠氮化四丁基铵和模板剂的混合溶液;进行溶剂热反应,经洗涤、离心和烘干,获得反应产物;在真空或惰性气氛中煅烧使附着的模板剂裂解,再在空气气氛煅烧除去有机物,得到立方相氮化铝纤维。本发明以叠氮化物和铝的无机盐作为原料,以有机物表面活性剂作为模板,通过溶剂热法直接制备获得了立方相氮化铝纤维,工艺过程简单可行,且通过控制溶剂热反应的温度、时间和添加不同的模板剂,可以调控立方相氮化铝纤维的形貌。

权利要求书

1.  一种立方相氮化铝纤维的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)在真空手套箱中,按铝与氮摩尔比为1:9称取无水氯化铝和叠氮化四丁基铵,溶于二甲苯中,搅拌至完全溶解,使溶液中溶质的总质量分数为40%~60%,再加入摩尔量为铝的2~5倍的模板剂,搅拌至完全溶解,得到混合溶液;
(2)将步骤(1)的混合溶液转移至高温反应釜中,在240 ℃~280 ℃保温12 h~24 h后,自然冷却至室温,取出反应釜内物质并反复用二甲苯洗涤和离心,之后在80 ℃~100 ℃下烘干;
(3)将步骤(2)烘干后的产物在真空气氛或者惰性气体气氛下800 ℃~1000 ℃煅烧1 h~4 h,再取出在空气气氛下500 ℃~700 ℃煅烧1 h~4 h,得到立方相氮化铝纤维。

2.
  根据权利要求1所述的立方相氮化铝纤维的制备方法,其特征在于:所述的模板剂为聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚醚型非离子表面活性剂或十二烷基磷酸单酯二甲盐。

说明书

一种立方相氮化铝纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氮化铝纤维的制备方法,尤其涉及一种立方相氮化铝纤维的制备方法,属于材料科学技术领域
背景技术
氮化铝具有高的热导率,同时具有良好的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、与硅相匹配的热膨胀系数,被认为是现今最为理想的基板材料和电子器件封装材料。氮化铝纤维兼具有氮化铝材料和纤维材料的优良特性,在电子、冶金及航天领域均有广阔的应用前景。
氮化铝有两种晶相,一个是稳定六方相和介稳的立方相。对于稳定相的六方氮化铝纤维,其制备技术比较成熟,已经有大量的报道,有以铝粉为原料的气相沉积法,如Zhang等(P.G. Zhang, K.Y. Wang, S.M. Guo, Large-scale synthesis of AlN nanofibers by direct nitridation of aluminum, Ceramics International 36 (2010) 2209-2213)以铝粉为原料,在320-480 MPa氮气气氛下于1300 ℃合成了直径50-500 nm、长径比为400左右的氮化铝纳米纤维。Tang等(Yongbing Tang, Hongtao Cong, Zuoming Wang, Hui-Ming Cheng, Synthesis of rectangular cross-section AlN nanofibers by chemical vapor deposition, Chemical Physics Letters 416 (2005) 171-175)以铝粉和F2O3颗粒为原料,在NH3/Ar(2:1)气氛下于800 ℃合成了直径为10-200 nm的氮化铝纤维。Chen等(Hong Chen, Yongge Cao, Xianwei Xiang, Formation of AlNnano-fibers, Journal of Crystal Growth 224 (2001) 187-189)以铝粉为原料、NH4F与NH4Cl为助剂,在15个大气压下合成了直径为70-500 nm、最长达到2 mm的氮化铝纤维。也有以氧化铝纤维为模板,然后碳热还原法制备氮化铝纤维的方法。如Sun等(Y. Sun, J.Y. Li, Y. Tan, L. Zhang, Fabrication of aluminum nitride (AlN) hollow fibers by arbothermal reduction and nitridation of electrospun precursor fibers, Journal of Alloys and Compounds 471 (2009) 400-403)以硝酸铝为主要原料,通过静电纺丝获得纳米氧化铝纤维,然后以碳粉为还原剂,氮气为氮源,在1600 ℃通过碳热还原法获得纳米氮化铝纤维。王宏志等(王宏志,丁秋,李耀刚,张青红,静电纺丝结合氨气氮化制备六方相氮化铝纳米纤维的方法,CN 102584244)公开了一种静电纺丝结合氨气氮化制备六方相氮化铝纳米纤维的方法,以硝酸铝为主要原料,通过静电纺丝获得纳米氧化铝纤维,最终在氨气气氛下于1200-1400 ℃保温4-9 h获得纳米氮化铝纤维。
相对于六方相的氮化铝纤维,立方相氮化铝纤维因为没有(001)方向的电场偏振,且比较容易进行掺杂改性,因而具有更广阔和更精密的应用。但是,目前还未见关于立方相氮化铝纤维制备的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种立方相氮化铝纤维的制备方法。
本发明的立方相氮化铝纤维的制备方法,包括以下步骤:
1)在真空手套箱中,按铝与氮摩尔比为1:9称取无水氯化铝和叠氮化四丁基铵,溶于二甲苯中,搅拌至完全溶解,使溶液中溶质的总质量分数为40%~60%,再加入摩尔量为铝的2~5倍的模板剂,搅拌至完全溶解,得到混合溶液;
(2)将步骤(1)的混合溶液转移至高温反应釜中,在240 ℃~280 ℃保温12 h~24 h后,自然冷却至室温,取出反应釜内物质并反复用二甲苯洗涤和离心,之后在80 ℃~100 ℃下烘干;
(3)将步骤(2)烘干后的产物在真空气氛或者惰性气体气氛下800 ℃~1000 ℃煅烧1 h~4 h,再取出在空气气氛下500 ℃~700 ℃煅烧1 h~4 h,得到立方相氮化铝纤维。
本发明中所述的模板剂为聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚醚型非离子表面活性剂或十二烷基磷酸单酯二甲盐。
本发明的有益效果为:本发明以叠氮化物和铝的无机盐作为原料,以有机物表面活性剂作为模板,通过溶剂热法直接制备获得了立方相氮化铝纤维,工艺过程简单可行,且通过控制溶剂热反应的温度、时间和添加不同的模板剂,可以调控立方相氮化铝纤维的形貌。
附图说明
图1 立方相氮化铝纤维的XRD图谱;
图2 立方相氮化铝纤维的SEM照片。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步描述。
实施例1
在真空手套箱中,称取0.01 mol无水氯化铝和0.09 mol叠氮化四丁基铵溶于40g二甲苯中,形成溶质总质量分数为40%的溶液,然后加入0.02 mol的聚乙二醇20000,搅拌至完全溶解,得到混合溶液。将混合溶液转移至高温反应釜中,在烘箱中240 ℃保温24 h,自然冷却至室温。取出反应釜中产物用二甲苯洗涤、离心,重复3次,收集沉淀物,在80 ℃下烘干。将烘干的产物在真空气氛下800 ℃煅烧4 h,然后取出在空气气氛下500 ℃煅烧4 h,得到立方相氮化铝纤维。
XRD测试结果表明,该产物为纯相的立方相氮化铝(见图1),SEM电镜照片表明,该产品是纤维状物质(见图2)。
实施例2
在真空手套箱中,称取0.01 mol无水氯化铝和0.09 mol叠氮化四丁基铵溶于18g二甲苯中,形成溶质总质量分数为60%的溶液,然后加入0.05 mol的十六烷基三甲基溴化铵,搅拌至完全溶解,得到混合溶液。将混合溶液转移至高温反应釜中,在烘箱中280 ℃保温12 h,自然冷却至室温。取出反应釜中产物用二甲苯洗涤、离心,重复5次,收集沉淀物,在100 ℃下烘干。将烘干的产物在氮气保护下1000 ℃煅烧1 h,然后取出在空气气氛下700 ℃煅烧1 h,得到立方相氮化铝纤维。
实施例3
在真空手套箱中,称取0.01 mol无水氯化铝和0.09 mol叠氮化四丁基铵溶于27g二甲苯中,形成溶质总质量分数为50%的溶液,然后加入0.04 mol的十二烷基硫酸钠,搅拌至完全溶解,得到混合溶液。将混合溶液转移至高温反应釜中,在烘箱中260 ℃保温18 h,自然冷却至室温。取出反应釜中产物用二甲苯洗涤、离心,重复4次,收集沉淀物,在90 ℃下烘干。将烘干的产物在真空气氛下900 ℃煅烧2 h,然后取出在空气气氛下600 ℃煅烧2 h,得到立方相氮化铝纤维。

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1、10申请公布号CN104211025A43申请公布日20141217CN104211025A21申请号201410436264122申请日20140829C01B21/07220060171申请人中国计量学院地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号72发明人杨清华王焕平徐时清雷若姗邓德刚汤雨诗74专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人韩介梅54发明名称一种立方相氮化铝纤维的制备方法57摘要本发明公开的立方相氮化铝纤维的制备方法,其步骤包括配制无水氯化铝、叠氮化四丁基铵和模板剂的混合溶液;进行溶剂热反应,经洗涤、离心和烘干,获得反应产物;在真空或惰性气氛中煅烧使附着。

2、的模板剂裂解,再在空气气氛煅烧除去有机物,得到立方相氮化铝纤维。本发明以叠氮化物和铝的无机盐作为原料,以有机物表面活性剂作为模板,通过溶剂热法直接制备获得了立方相氮化铝纤维,工艺过程简单可行,且通过控制溶剂热反应的温度、时间和添加不同的模板剂,可以调控立方相氮化铝纤维的形貌。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN104211025ACN104211025A1/1页21一种立方相氮化铝纤维的制备方法,其特征在于包括以下步骤(1)在真空手套箱中,按铝与氮摩尔比为19称取无水氯化铝和叠氮化四丁基。

3、铵,溶于二甲苯中,搅拌至完全溶解,使溶液中溶质的总质量分数为4060,再加入摩尔量为铝的25倍的模板剂,搅拌至完全溶解,得到混合溶液;(2)将步骤(1)的混合溶液转移至高温反应釜中,在240280保温12H24H后,自然冷却至室温,取出反应釜内物质并反复用二甲苯洗涤和离心,之后在80100下烘干;(3)将步骤(2)烘干后的产物在真空气氛或者惰性气体气氛下8001000煅烧1H4H,再取出在空气气氛下500700煅烧1H4H,得到立方相氮化铝纤维。2根据权利要求1所述的立方相氮化铝纤维的制备方法,其特征在于所述的模板剂为聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚醚型非离子表面活性剂或十二。

4、烷基磷酸单酯二甲盐。权利要求书CN104211025A1/3页3一种立方相氮化铝纤维的制备方法技术领域0001本发明涉及一种氮化铝纤维的制备方法,尤其涉及一种立方相氮化铝纤维的制备方法,属于材料科学技术领域。背景技术0002氮化铝具有高的热导率,同时具有良好的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、与硅相匹配的热膨胀系数,被认为是现今最为理想的基板材料和电子器件封装材料。氮化铝纤维兼具有氮化铝材料和纤维材料的优良特性,在电子、冶金及航天领域均有广阔的应用前景。0003氮化铝有两种晶相,一个是稳定六方相和介稳的立方相。对于稳定相的六方氮化铝纤维,其制备技术比较成熟,已经有大量的报道,有以铝粉为原料的气。

5、相沉积法,如ZHANG等(PGZHANG,KYWANG,SMGUO,LARGESCALESYNTHESISOFALNNANOBERSBYDIRECTNITRIDATIONOFALUMINUM,CERAMICSINTERNATIONAL36201022092213)以铝粉为原料,在320480MPA氮气气氛下于1300合成了直径50500NM、长径比为400左右的氮化铝纳米纤维。TANG等(YONGBINGTANG,HONGTAOCONG,ZUOMINGWANG,HUIMINGCHENG,SYNTHESISOFRECTANGULARCROSSSECTIONALNNANOBERSBYCHEMICA。

6、LVAPORDEPOSITION,CHEMICALPHYSICSLETTERS4162005171175)以铝粉和F2O3颗粒为原料,在NH3/AR21气氛下于800合成了直径为10200NM的氮化铝纤维。CHEN等(HONGCHEN,YONGGECAO,XIANWEIXIANG,FORMATIONOFALNNANOBERS,JOURNALOFCRYSTALGROWTH2242001187189)以铝粉为原料、NH4F与NH4CL为助剂,在15个大气压下合成了直径为70500NM、最长达到2MM的氮化铝纤维。也有以氧化铝纤维为模板,然后碳热还原法制备氮化铝纤维的方法。如SUN等(YSUN,JY。

7、LI,YTAN,LZHANG,FABRICATIONOFALUMINUMNITRIDEALNHOLLOWBERSBYARBOTHERMALREDUCTIONANDNITRIDATIONOFELECTROSPUNPRECURSORBERS,JOURNALOFALLOYSANDCOMPOUNDS4712009400403)以硝酸铝为主要原料,通过静电纺丝获得纳米氧化铝纤维,然后以碳粉为还原剂,氮气为氮源,在1600通过碳热还原法获得纳米氮化铝纤维。王宏志等(王宏志,丁秋,李耀刚,张青红,静电纺丝结合氨气氮化制备六方相氮化铝纳米纤维的方法,CN102584244)公开了一种静电纺丝结合氨气氮化制备六。

8、方相氮化铝纳米纤维的方法,以硝酸铝为主要原料,通过静电纺丝获得纳米氧化铝纤维,最终在氨气气氛下于12001400保温49H获得纳米氮化铝纤维。0004相对于六方相的氮化铝纤维,立方相氮化铝纤维因为没有(001)方向的电场偏振,且比较容易进行掺杂改性,因而具有更广阔和更精密的应用。但是,目前还未见关于立方相氮化铝纤维制备的报道。发明内容0005本发明的目的是提供一种立方相氮化铝纤维的制备方法。说明书CN104211025A2/3页40006本发明的立方相氮化铝纤维的制备方法,包括以下步骤1)在真空手套箱中,按铝与氮摩尔比为19称取无水氯化铝和叠氮化四丁基铵,溶于二甲苯中,搅拌至完全溶解,使溶液中。

9、溶质的总质量分数为4060,再加入摩尔量为铝的25倍的模板剂,搅拌至完全溶解,得到混合溶液;(2)将步骤(1)的混合溶液转移至高温反应釜中,在240280保温12H24H后,自然冷却至室温,取出反应釜内物质并反复用二甲苯洗涤和离心,之后在80100下烘干;(3)将步骤(2)烘干后的产物在真空气氛或者惰性气体气氛下8001000煅烧1H4H,再取出在空气气氛下500700煅烧1H4H,得到立方相氮化铝纤维。0007本发明中所述的模板剂为聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚醚型非离子表面活性剂或十二烷基磷酸单酯二甲盐。0008本发明的有益效果为本发明以叠氮化物和铝的无机盐作为原料,以。

10、有机物表面活性剂作为模板,通过溶剂热法直接制备获得了立方相氮化铝纤维,工艺过程简单可行,且通过控制溶剂热反应的温度、时间和添加不同的模板剂,可以调控立方相氮化铝纤维的形貌。附图说明0009图1立方相氮化铝纤维的XRD图谱;图2立方相氮化铝纤维的SEM照片。具体实施方式0010下面结合实例对本发明作进一步描述。0011实施例1在真空手套箱中,称取001MOL无水氯化铝和009MOL叠氮化四丁基铵溶于40G二甲苯中,形成溶质总质量分数为40的溶液,然后加入002MOL的聚乙二醇20000,搅拌至完全溶解,得到混合溶液。将混合溶液转移至高温反应釜中,在烘箱中240保温24H,自然冷却至室温。取出反应。

11、釜中产物用二甲苯洗涤、离心,重复3次,收集沉淀物,在80下烘干。将烘干的产物在真空气氛下800煅烧4H,然后取出在空气气氛下500煅烧4H,得到立方相氮化铝纤维。0012XRD测试结果表明,该产物为纯相的立方相氮化铝(见图1),SEM电镜照片表明,该产品是纤维状物质(见图2)。0013实施例2在真空手套箱中,称取001MOL无水氯化铝和009MOL叠氮化四丁基铵溶于18G二甲苯中,形成溶质总质量分数为60的溶液,然后加入005MOL的十六烷基三甲基溴化铵,搅拌至完全溶解,得到混合溶液。将混合溶液转移至高温反应釜中,在烘箱中280保温12H,自然冷却至室温。取出反应釜中产物用二甲苯洗涤、离心,重。

12、复5次,收集沉淀物,在100下烘干。将烘干的产物在氮气保护下1000煅烧1H,然后取出在空气气氛下700煅烧1H,得到立方相氮化铝纤维。0014实施例3说明书CN104211025A3/3页5在真空手套箱中,称取001MOL无水氯化铝和009MOL叠氮化四丁基铵溶于27G二甲苯中,形成溶质总质量分数为50的溶液,然后加入004MOL的十二烷基硫酸钠,搅拌至完全溶解,得到混合溶液。将混合溶液转移至高温反应釜中,在烘箱中260保温18H,自然冷却至室温。取出反应釜中产物用二甲苯洗涤、离心,重复4次,收集沉淀物,在90下烘干。将烘干的产物在真空气氛下900煅烧2H,然后取出在空气气氛下600煅烧2H,得到立方相氮化铝纤维。说明书CN104211025A1/1页6图1图2说明书附图CN104211025A。

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