氮化硼强化聚乙二醇/膨胀石墨复合相变材料的制备与热性能

以聚乙二醇(PEG1000)为原材料,采用热熔法混合膨胀石墨(EG)及氮化硼(BN)制备一种可用于电池热管理的定型复合相变材料。通过调整EG和BN的添加量,研究其对复合相变材料热物理性能的影响。基于红外光谱分析、差示扫描量热分析和热重分析,研究复合相变材料的化学结构、相变特性及热稳定性;基于稳态法搭建热导率测试装置,测试并计算复合相变材料的热导率。结果表明:当EG和BN的质量分数均为5%时,复合相变材料PEG1000/EG/BN的热稳定性良好,且蓄热效果最佳(潜热为126.72 kJ/kg,过冷度较PEG1000下降0.63℃);热导率为2.09 W/(m·K),相比PEG1000提高226.6%,相比PEG1000/5%EG提高27.4%。总体而言,PEG1000/5%EG/5%BN的制备流程简单,且热导率大于2 W/(m·K),潜热大于120 kJ/kg,适用于电池热管理系统。

氮化硼/聚合物导热复合材料界面热阻调控研究进展

随着5G时代的发展,电子器件领域的热管理问题日发严峻。氮化硼(BN)是一类高热导率(TC)、高绝缘的导热填料,广泛应用于热管理领域,包括六方氮化硼(h-BN)、氮化硼纳米片(BNNS)和氮化硼纳米管(BNNT)。然而,BN表面呈化学惰性,其与基体或其他填料间亲和力低、声子谱失配等,导致了填料与基体/填料间存在明显的界面热阻,限制了复合材料TC的提升,难以满足使用要求。因此,如何调控界面热阻、设计BN/聚合物导热复合材料的热传导界面,并提高复合材料的导热能力是当前亟待解决的难题。研究者分别从理论模拟与实验验证两个角度对热流在界面传导的差异及其原因进行探索。在理论研究中,将分子动力学(MD)模拟及有限元模拟(FEA)等方法结合有效介质模型及其优化模型、Foygel模型等能够对界面热阻(ITR)进行深入的理论模拟与分析;其中,影响界面热阻的关键参数包括BN含量、尺寸及晶体状态、BN的分布形貌等。在实验设计中,为了改善填料与基体间界面热阻,首先对BN表面共价键改性或表面包覆,随后结合聚合物种类设计相应的官能团来改善BN与聚合物的界面作用力;其中BN表面的共价键改性对BN本身晶体结构有一定的破坏,表面包覆则能够较好地保持BN结构。为了改善填料与填料间界面热阻,研究者常采用BN的定向排列、桥接、构建3D导热网络结构等策略来改善填料间的接触,其中BN的定向排列法充分利用BN的各向异性、增大填料间的有效接触面积,能够显著提升复合材料某一方向的TC;桥接法是将彼此分离的BN相互连接,通过在基体中形成异质结构来构建更为完善的导热路径;构建3D导热网络结构的方法近年来已被广泛研究,其能够创建长程连续的导热路径,具体方法包括冰模板法、盐模板、发泡策略、构建凝胶网络和两相/三相隔离结构等。综合目前研究进展,本文首先归纳了计算BN/聚合物界面热阻的模型及相关模拟的进展,并从填料与基体及填料与填料间的界面热阻两个角度,分别总结了改善聚合物/BN导热复合材料界面热阻的策略,对比了各种方法对复合材料导热性能的改善效果,并展望了低界面热阻与高导热复合材料的发展趋势。

氮化硼(BN)纤维微结构与力学性能的关系

本文用电子显微术研究了BN纤维的微观结构 ,讨论了微结构对其力学性能的影响 ,提出了BN纤维制造工艺的改进方向。

BN/Cu复合材料摩擦磨损性能与磨损机制研究

通过直流辅助热压烧结制备了氮化硼(BN)颗粒添加量为0.4%~1.2%(质量分数)的BN/Cu复合材料,采用立式销盘摩擦磨损试验机对其进行耐磨性检测,使用扫描电子显微镜(SEM)表征材料磨损前后的表面形貌,同时分析了BN颗粒添加量对复合材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:直流辅助热压烧结制备的复合材料致密度均可达到96%以上,导电率可达80%IACS以上。添加适量的BN颗粒,可以极大提升复合材料的摩擦磨损性能。当BN颗粒的添加量为0.8%时,由于摩擦过程中有润滑膜产生,复合材料的摩擦系数最为稳定,且摩擦磨损性能较为优异,主要由磨粒磨损和轻微的黏着磨损共同作用。

立方氮化硼(cBN)与多变的氮化硼

立方氮化硼(cBN)是一种硬度仅次于金刚石的材料,它是一种由氮原子和硼原子构成的晶体。但立方氮化硼(cBN)之外确实还有其他的氮化硼晶体,比如菱方氮化硼(rBN)、纤锌氮化硼(wBN)等晶体,科学家甚至还发现了与石墨烯性质类似的二维氮化硼晶体。不同的氮化硼晶体拥有不同的特点以及应用。我们以六方晶型的白石墨为例,氮原子跟硼原子组成的六边形网状结构与石墨中的碳原子六边形网状结构极为相似,因此在某些方面拥有相近的性质,比如两者都具有优良的耐热性、耐磨性、润滑性等特性。但是白石墨还具有一些独特的性质,如石墨既能导热也能导电,但是我们所讲的白石墨却不能导电,还是有差异的。

氮化硼薄膜的场致发射特性

研究了氮化硼 (BN)薄膜的场发射特性与不同基底偏压和不同膜厚的关系。在磁控溅射反应器中 ,使用高纯六角氮化硼 (h BN)靶 ,通入Ar和N2 的混合气体 ,制备出了纳米BN薄膜。溅射是在基底加热 470℃和总压力为 1 .2Pa的条件下进行的。在超高真空系统中测量了不同膜厚和不同基底偏压的BN薄膜的场发射特性 。

防热材料用氮化硼纤维的制备及其在空间技术领域中的应用

氮化硼(BN)纤维与某些无机纤维相比,具有耐高温、耐化学腐蚀、电热性能好、耐辐射等优良特性。它的抗氧化温度比碳纤维、硼纤维的高。在惰性条件下2500℃以上仍保持稳定,在氧化气氛中850℃仍是稳定的。因此,它可作为防热、隔热材料、高温过滤材料和电器绝缘材料,特别是该纤维在宇航技术领域方面的潜在应用前景更为广阔,可做抗烧蚀罩、电绝缘器、雷达天线窗、军用防护宇航服、抗中子防护罩和重返大气层的降落伞等。

富硼渣制备BN-MgAlON复合粉体热力学研究

以富硼渣和炭黑为主要原料,在热力学分析的基础上,采用碳热还原氮化法制备合成了BN-MgAlON复合粉体。利用X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)和扫描电镜(SEM)等测定了产物的相组成和显微结构,结果表明,在高纯氮气、1480℃保温8h条件下,富硼渣中的B2O3生成BN,MgO,Al2O3反应生成MgAlON相。反应产物的主要成分为Mg-AlON,Sialon,CaAl4O7,BN。生成的MgAlON为八面体结晶,发育良好。该工艺为富硼渣的综合利用提供了新的途径。

配料组成对富硼渣合成(Ca,Mg)α′-Sialon/BN陶瓷粉体的影响

以富硼渣为主要原料,采用碳热还原氮化法合成了组分为(Ca,Mg)xSi12-3xAl3xOxN16-x(x=0.3,0.6,1.0,1.4和1.8)的(Ca,Mg) α′-Sialon/BN陶瓷粉体.利用XRD,SEM和EDX检测手段研究了x值对合成产物相组成和显微形貌的影响.结果表明:α′-Sialon含量随着x值的增大逐渐增加,当x=1.4时,α′-Sialon含量达到最大值.继续增大x值,产物中α′-Sialon减少,而Al N增多,并出现一定量的15R(Si Al4O2N4).当x≥1.4时,α′-Sialon晶粒为长柱状.

氮化硼合成及应用的研究

氮化硼作为一种性能优异的先进陶瓷材料,其应用及新的合成方法成为材料研究领域的热点和前沿问题。本文就氮化硼的应用及其合成方法的发展现状进行了介绍,并在简要介绍传统氮化硼(BN)合成方法的基础上,介绍了具有一定代表性的合成方法.阐述了自己对氮化硼合成技术未来发展的看法。

温度对汽车零部件切削加工用PCBN复合材料结构与性能的影响研究

以TiN作为主要结合剂,加入一定量的Al粉和Ti粉,研究了烧结温度(1300~1600℃)对TiN⁃Al⁃Ti结合立方氮化硼(CBN)烧结合成聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料的组成、显微结构以及力学性能的影响。结果表明,PCBN试样的物相主要为BN、TiB_(2)、TiN、AlN,烧结过程中Ti与CBN反应生成TiN和TiB_(2)相;PCBN的相对密度、抗弯强度以及硬度随着烧结温度升高总体上呈上升趋势。1500℃烧结时,可以得到综合性能好的复合材料,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和显微硬度分别为99.1%、807.8 MPa、6.2 MPa·m^(1/2)和3233HV。

类石墨烯结构二维氮化硼材料:结构特性、合成方法、性能及应用

石墨烯的发现和成功制备引起了人们对二维材料的研究热潮。六方氮化硼(h-BN)薄膜作为类石墨烯结构的二维层状材料,也是当前的研究热点。介绍了h-BN及其相应的低维纳米结构,并概述了近期对二维BN纳米材料的形貌、合成、性能和应用的研究进展。目前对一维和二维纳米材料的研究表明,BN纳米材料具有诸多优异性能,包括高温稳定性、低介电常数、高力学性能、高热导率、高硬度和高耐腐蚀性,BN纳米材料系统已成为最具前景的非碳纳米系统,在不远的将来将有广泛的应用。

氮化硼纤维填充聚乙烯醇导热复合材料的制备

以聚乙烯醇(PVA)为基体,选用六方氮化硼纤维(BN fiber)作为导热填料,通过溶液共混的方法制备导热复合材料。结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及导热测试结果,探究填料的微观形貌以及与基体的界面相容性对于提升复合材料导热性能的影响。结果表明:BN fiber对于提升复合材料的面内导热率有很好的效果,而且采用过氧化氢(H2O2)溶液进行表面改性,可以有效改善界面相容性;当经过1400℃热处理再经过表面改性的BN fiber(BN fiber-1400-H2O2)的填充量为5%(质量分数)时,复合材料的面内导热率达到了1.32 W·m^-1·K^-1,为纯PVA体系的629%,相比于表面改性前提升了60%。

LDPE/PEG插层剥离改性氮化硼导热复合材料的制备及其性能

以聚乙二醇(PEG)为插层剂,通过机械球磨法制备了PEG插层剥离改性氮化硼。以低密度聚乙烯(LDPE)为基体,PEG插层剥离改性氮化硼为导热填料,采用双辊开炼、压片成型制备LDPE/PEG插层剥离改性氮化硼导热复合材料,研究了改性氮化硼用量及粒径对复合材料导热性能、力学性能和电绝缘性能的影响。结果表明:随着PEG插层剥离改性氮化硼用量的增加,复合材料的导热性能提高,拉伸强度和弯曲强度提高,悬臂梁缺口冲击强度下降;粒径较大的PEG插层剥离改性氮化硼对复合材料导热性能的提高更显著;复合材料的表面电阻下降,但仍保持在1010数量级,具有优异的电绝缘性能。

硫掺杂氮化硼的制备及其对气相重金属的吸附特性研究

目前对焚烧烟气中重金属的控制以活性炭烟气喷射技术为主,然而该吸附剂高温(>150℃)下性能较差,吸附温度窗口较窄,因此开发耐高温非碳基吸附剂对于焚烧烟气中重金属的控制意义较大.以硼酸及三聚氰胺作为前驱体原料,将硫脲作为硫源掺杂进前驱体,经高温扩散后制备得到一种新型硫掺杂改性氮化硼(S-BN)吸附剂,并进行气相重金属高温吸附试验研究.结果表明:①S-BN吸附剂表面呈棱状结构,内部孔隙结构明显,不同S掺杂摩尔比下的形貌结构有一定差异.S-BN吸附剂内部孔体积范围为0.17~0.39 cm^(3)/g,孔径分布范围为0.85~284.39 nm,平均孔径为2.95~4.19 nm,属于典型的中介孔多孔吸附剂.②当S掺杂摩尔比为0.50且1300℃下煅烧5 h时,获得的S-BN吸附剂比表面积最大,达524.17 m^(2)/g.S-BN吸附剂对气相重金属的最佳吸附温度为150~200℃.吸附过程中前5 min的吸附速率较快,并且在10 min内基本达到吸附饱和状态.③吸附过程动力学拟合分析发现,低温下S-BN吸附剂对重金属的吸附过程以物理吸附为主导,随着温度的升高,吸附过程逐渐转变为以化学吸附为主导.研究显示,该试验制得的新型S-BN吸附剂拥有较高的比表面积,其对气相重金属的饱和吸附量可以达到54.15~74.13 mg/g,对于气相重金属锌的吸附能力是活性炭的1.9~10.0倍,并且在相对高温(300℃)的吸附条件下仍可以保持较好的吸附能力.

氮化硼纤维

1.前言 无机材料在先进技术领域起着极重要的作用,无机材料与以无机纤维为增强材料的先进纤维复合材料是21世纪大有发展前途、引人注目的材料。 本文简述无机纤维的结构与特性,重点介绍正处于开发阶段的氨化硼(BN)纤维的最近研究。2.

碲化铋基低维氮化硼纳米复合材料的制备及其热电性能研究

提出一种新型优化材料热电性能的方法,在高温条件下制备了长径比为50∶1的氮化硼(BN)纳米带材料,并采用球磨法与热压法相结合,制作了不同BN含量的碲化铋(Bi2Te3)/BN复合热电粒子。经测试,掺杂质量比为5∶1的Bi2Te3/BN复合材料,在热压压力2.5 MPa下,输出电压与提供的温差近似呈线性关系。在室温300 K时,塞贝克系数为201.574μV·K^(-1),电阻率为0.006Ω·cm,热导率为0.722 W·(m·K)^(-1),ZT值约为0.678,大于同等实验条件下制备的碲化铋热电粒子。

模压氮化硼/聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的导热机制与散热效果

电子电器设备中元器件的高密度集成使得散热问题日益突出,对导热材料的需求不断增长。本文以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为基体,六方氮化硼(h-BN)作为导热填料,通过熔融共混法制备h-BN/PET复合材料,考察了h-BN含量和PET基体聚集态结构对复合材料导热性能的影响,分析了复合材料的导热机制,并从材料应用的角度探讨了复合材料导热系数的温度依赖性和散热效果。结果表明,PET基体的结晶度和h-BN含量对复合材料的最终导热系数均有贡献,复合材料的导热系数随结晶度和h-BN含量的增加而提升。h-BN发挥了异相成核作用,显著加快了PET的结晶速度,提高了PET的结晶度。模压成型中h-BN受剪切应力驱使在PET基体中沿流动方向取向,导致复合材料呈现明显的各向异性特征。面内方向h-BN的有序排列为声子提供了更为通畅的传导通道。当h-BN含量为50wt%时,复合材料的面内与面间导热系数分别达到最大值3.00 W·(m·K)^(-1)和2.19 W·(m·K)^(-1)。h-BN/PET复合材料具有良好的散热效果,h-BN含量越高,复合材料的冷却速率越快,散热过程中温度下降符合指数函数规律。

BN/EG纳米流体的制备及稳定性研究

通过两步法制备了氮化硼/乙二醇(BN/EG)纳米流体,研究了超声振荡时间、pH值、分散剂种类及添加量3种因素对其稳定性的影响。结果表明超声分散时间太长或太短都不利于流体的稳定性,实验中取30min最好;酸或碱的加入都会使BN/EG纳米流体稳定性急剧恶化;适量分散剂PVP的加入能够明显改善BN/EG纳米流体的稳定性。

放电等离子快速烧结SiC晶须增强Si_3N_4BN层状复合材料

采用放电等离子烧结技术(SPS)快速烧结了SiC晶须增强的Si3N4/BN层状复合材料.利用SPS技术,在烧结温度为1650℃、保温15min的条件下,材料的密度可达3.18g/cm3,抗弯强度高达600MPa,断裂功达到3500J/m2.研究表明:特殊的层状结构、SiC晶须的拔出与折断是材料断裂功提高的主要原因.X射线衍射及扫描电子显微镜研究表明:α-Si3N4已经在短短的烧结过程中全部转变成长柱状的β-Si3N4,并且长柱状的β-Si3N4和SiC晶须具有明显的织构.