氮化硼的生产工艺与特点

2022/4/28 11:16:34

氮化硼是一种由相同数量的氮原子(N)和硼原子(B)组成的二元化合物,其实验式是BN。氮化硼和碳是等电子的,并和碳一样,氮化硼有多种同质异形体,其中六方氮化硼(α-BN)结构则类似于石墨,是一种十分实用的润滑剂,立方氮化硼(β-BN)结构类似于钻石,硬度仅低于金刚石,但耐高温性优于金刚石。

Boron nitride.jpg

氮化硼的生产工艺与特点

氮化硼具有四种不同的变体:六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。

氮化硼将B2O3与NH4Cl共熔,或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型结构,俗称为白色石墨。另一种是金刚石型,和石墨转变为金刚石的原理类似,石墨型氮化硼在高温(1800℃)、高压(800Mpa)下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B-N键长(156pm)与金刚石在C-C键长(154pm)相似,密度也和金刚石相近,它的硬度和金刚石不相上下,而耐热性比金刚石好,是新型耐高温的超硬材料,用于制作钻头、磨具和切割工具。

氮化硼耐腐蚀,电绝缘性很好,比电阻大于10-6 Ω.cm;压缩强度为170MPa;在c轴方向上的热膨胀系数为41×10-6/℃ 而在d轴方向上为-2.3×10-6 ;在氧化气氛下最高使用温度为900℃,而在非活性还原气氛下可达2800℃,但在常温下润滑性能较差,故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂,将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂,也可用作高温炉滑动零件的润滑剂,氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。

氮化硼制品热压烧结

氮化硼制品的生产有冷压烧结法和热压烧结法,下面是热压烧结法的介绍。

将超细氮化硼粉末与少量添加剂混合,先在等静压压力100~150 MPa下预压,再破碎成小于0.5mm的材料,装入石墨模具,在碳管加热热压炉中加热加压,最高温度为16001900℃,压力为2025 MPa,保温时间为几分钟。冷却后,它将被加工。

这里应该指出,b2O3的存在对产物的性能有很大的影响。B2O3不存在,产品难以获得。

密度高,耐水性好,但在B2O3的存在下,产品易于密实,但对水的稳定性变差。因此,对于没有B2O3(难以热压烧结)的纯氮化硼材料,应添加适量的粘结剂,如B2O3、磷酸硼或CaO-B2O3-AI2O3等,以促进烧结而不影响产品的稳定性;对于B2O3含量较高的氮化硼粉末,应添加适当的稳定剂;或对压力B2O3热压氮化硼制品,采用真空高温处理或氩氮气氛高温处理,挥发B2O3。

氮化硼产品的性能和用途

氮化硼在N2或Ar气氛中热压制得的氮化硼的最高操作温度为2800℃,无明显的熔点,在0.1MPa和N2条件下在3000℃下升华。但氧化气氛稳定性差,使用温度只能在900℃以下。氮化硼制品具有膨胀系数低、导热系数高、抗热震稳定性好、绝缘性好等优点。氮化硼产品可用作高温热电偶保护管、金属熔炼器具、航天航行中的热屏蔽材料等。

免责申明 ChemicalBook平台所发布的新闻资讯只作为知识提供,仅供各位业内人士参考和交流,不对其精确性及完整性做出保证。您不应 以此取代自己的独立判断,因此任何信息所生之风险应自行承担,与ChemicalBook无关。如有侵权,请联系我们删除!
阅读量:1005 0