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氮化硼<span> 氮化硼涂料

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体,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)。

中文名:氮化硼

化学式:BN

熔点:2700℃

密度:2.18g/cm3

外观:白色固体

英文名:boron nitride

CAS号:10043-11-5

摩尔质量:24.818

溶解度(水):不溶

结构

属于原子晶体,氮化硼是由氮原子和硼原子所构成,也叫共价晶体。[1]化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮,具有四种不同的变体:六方氮化硼(HBN)、立方氮化硼(CBN)、菱方氮化硼(RBN)、纤锌矿氮化硼(WBN)。[2]

氮原子和硼原子采取不同杂化方式互相作用,可形成不同结构的氮化硼晶体。当氮原子和硼原子以SP2方式杂化后,由于键角为120O,成键后形成与石墨类似的平面六角网状结构分子,这种大的平面网状分子采取不同的空间堆垛方式后,又可形成不同的结构--六方氮化硼(HBN)和菱方氮化(RBN)。当氮原子和硼原子以SP3方式杂化后,由于键角为109.5O,成键后形成与金刚石类似的空间网状结构,形成立方氮化硼(CBN)。

物化性质

氮化硼耐腐蚀,电绝缘性很好,比电阻大于10-6Ω.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。

氮化硼化学式为(BN)n,有石墨型和金刚石型两种结构。

六方氮化硼

六方氮化硼,也称为石墨型氮化硼,其片层结构巨分子为柔软、白色晶状粉末,俗称白石墨,相对密度2.25,约3000℃升华,微溶于水,与水煮沸时缓慢水解成硼酸。石墨型氮化硼的化学性质极不活泼,能耐2000℃高温,有良好的介电性能。石墨型氮化硼在1800℃、85000大气压下转变为金刚石型立方晶体巨分子,称为氮化硼单晶,硬度仅次于金刚石。氮化硼纤维具有强度高、弹性模量高、重量轻、热稳定、热导率高等优点。

立方氮化硼

立方氮化硼具有类似金刚石的晶体结构,不仅晶格常数相似(金刚石为0.3567nm,立方氮化硼为0.3615nm),而且晶体中的结合键亦基本相同,即都是沿四方面体杂体中的共价键,所不同的是金刚石中的结合纯属碳原子之间的共价键,而立方氮化硼晶体中的结合键则是硼、氮异类原子间的共价结合,此外尚有一定的弱离子键。在理想的立方氮化硼晶体中,所有四个B-N键的键长彼此皆相等(0.157nm)键与键键的夹角为109.5O。

用途

由于其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。

六方氮化硼

六方氮化硼可做绝缘材料、耐火材料、坩埚和高温润滑剂。

六方氮化硼部件可由加热加压和其后的机械加工造出,因为它的硬度与石墨相当,所以加工成本不高。这些部件都由氮化硼粉末制造,以氧化硼作为烧结剂。氮化硼薄膜可以由三氯化硼和氮雏形化学气相沉积后形成。而工业制造是基于两个化学反应:熔化的硼酸与氨、硼酸或碱性硼化物与尿素、胍、蜜胺或其他适当的氮气中的有机氮化合物。制作超细氮化硼润滑剂和toner则需要在氮气中以5500°C高温燃烧硼粉末。

立方氮化硼

立方氮化硼也称金刚石型氮化硼,可以由六方氮化硼在高温、高压下可转变为立方氮化硼,可作高温磨料和抛光剂使用。

参考资料

1.氮化硼属于什么晶体·宏元新材

2.氮化硼有几种不同的变体·天元航材

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