氮化硼

✍ dations ◷ 2025-09-07 08:12:01 #硼化合物,润滑剂,氮化物,超硬材料,III-V半导体材料

氮化硼(BN)是一种由相同数量的氮原子和硼原子组成的双化合物,因此它的实验式是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,其中立方氮化硼结构类似于钻石,硬度仅低于金刚石,但耐高温性优于金刚石,六方氮化硼结构则类似于石墨,是一种十分实用的润滑剂。

六方氮化硼结构类似于石墨,又称h-BN、α-BN或g-BN (graphitic BN),有时也称“白石墨”,它是最普遍使用的氮化硼形态。和石墨相似,六方形态是由许多片六边形组成。这些薄片层与层之间的相关结构(registry)不同,但是从石墨的排列模式中看出,这是由于硼原子在氮原子上面使氮化硼的原子变成椭圆的。如此结构反映出硼—氮链的极性。氮化硼中较低的共价性质,使它成为导电性相对于石墨较低的半金属,电在它六边形薄片中pi-链的网络中流通。六方氮化硼的缺乏颜色,显示较低的电子离域性,表示其能隙较大。

六方氮化硼在极低和极高(900 °C)的温度甚至是氧气下都是一种很好的润滑剂,它在石墨的导电性和与其它物质的化学反应造成困难时特别有用。由于它的润滑机理并不涉及到层面之间的水分子,氮化硼润滑剂还可以在真空下使用,如在太空作业时。

六方氮化硼在空气中高达1000 °C、真空中1400 °C和在惰性气体中2800 °C都仍然稳定,也是其中一种导热性最好的绝缘体。它对多数物质都不产生化学反应,也不被许多融化物质所沾湿(如:铝、铜、锌、铁和钢、铬、硅、硼、冰晶石、玻璃和卤化盐。)

细粒的h-BN被用于一些化妆品、颜料、补牙剂和铅笔芯。

六方氮化硼可由三氯化硼经过氮化或氨解后制作而成。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。

立方氮化硼结构类似于钻石,极其坚硬,显微硬度HV72000~98000Mpa,硬度仅低于钻石。和钻石相似,立方氮化硼是一种绝缘体但却是一种极佳的导热体。也叫c-BN、β-BN、或z-BN(以闪锌矿(Zinc Blende)晶体结构命名),是被广泛使用的工业钻磨工具。

由于它铁、镍和其他高温合金中是不可溶的,所以CBN适合加工铁镍等黑色金属,而钻石会和这些物质发生化学反应而造成刃具迅速磨损。多晶体c-BN钻磨工具多用于机械钢铁,同时钻石钻磨工具多用于铝合金、陶器和玻璃。如钻石一样,立方氮化硼由于声子有着高传热性。在高温中与氧接触,氮化硼会形成一个氧化硼的钝化层。氮化硼可以和金属很好地结合,这是因为硼或氮合金交错层的形成。

立方体氮化硼晶体材料常被用在切割工具的切割头。用于磨料时,一般使用合成树脂、多孔性陶瓷等做粘合剂。商业产品名称包括“Borazon”(Diamond Innovations)和“Elbor”或“Cubonite”(by Russian vendors)。

烧结的立方氮化硼是一种不导电的散热片材料,故在微电子学领域中有潜在应用价值。

立方氮化硼的制作可由在高温、高压下处理六方氮化硼而成,就如从石墨制成人造钻石相似。使六方氮化硼直接转为立方氮化硼需要在18百万帕的压力和1730-3230 °C的温度下。加入小量的氧化硼可以把所需的压力降到4至7百万帕,温度降到1500 °C。

在工业里,人们会使用催化法转化氮化硼,而不同的催化剂物质会用在不同的生产方法上,例如锂、铂或镁、他们的氮化物,氟氮化物、水再加上氨化合物或肼。其他工业合成法会使用温差下结起的晶体或者爆炸产生的冲击波。冲击波的应用是用来制作出一种称为异钻石的超硬的硼、碳和氮的化合物。

低压下,可采用立方氮化硼薄膜的沉积技术。在化学气相沉积中,可使用三氟化硼来选择性蚀刻沉积的六方氮化硼(与沉积钻石薄膜类似,使用氢原子来蚀刻石墨)。其他物理气相沉积方法,如离子束沉积、等离子改善化学气相沉积、脉冲激光沉积、反应性喷溅法等亦有所使用。

w-氮化硼是六方氮化硼是发生在高压环境下的一种超硬状态。这种六方形态呈纤维锌矿结构,与石墨的层状结构不同。

三方氮化硼相似于六方氮化硼。它会在立方氮化硼转化为六方氮化硼的过程中产生。

六方氮化硼可以制成纤维的形态,由于和碳纤维结构相似,氮化硼纤维也被称为“白碳纤维”。它可以由射出成形的环硼氮烷纤维加上氮中的氧化硼于1800 °C下的热分解制成。这种物质也可经过纤维素纤维浸泡于超过1000 °C 的氨气和氮气中的硼酸或四硼化氨之后产生的热分解制成。氮化硼纤维也可作为复合材料的补强,基质材料包括有机树脂、陶瓷与金属。

相关

  • 生物膜法生物膜法是一种处理污水的好氧生物方法,是一大类生物处理方法的统称。共同的特点是微生物附着在作为介质的滤料表面,生长成为一层由微生物构成的膜。污水与之接触后,其中的溶解
  • 西兰大陆坐标:40°S 170°E / 40°S 170°E / -40; 170西兰大陆(Zealandia),也被称为西兰洲、西兰蒂亚和Tasmantis,是一块几乎被淹没的微大陆(microcontinents)。于8500万到6000万年前从包
  • 格林尼治公园格林威治公园(英语:Greenwich Park)是位于英国格林威治的一座公园,曾是英国皇室的狩猎地。格林威治公园是伦敦东南部最大的绿地之一,也是伦敦御苑之一,并且是首座圈定范围的御苑(14
  • 巴蜀府 small(班武里府)/small巴蜀府(泰语:จังหวัดประจวบคีรีขันธ์,皇家转写:Changwat Phrachuap Khiri Khan,泰语发音:)又译班武里府、巴蜀吉利府,是泰国中部的府份。华人惯称其为巴蜀府,
  • 陶虹陶虹(1972年1月15日-),出生于江苏无锡,中国著名女演员。又称“小陶虹”,以和与她年龄相仿的另一女演员陶红(“大陶红”)区别。陶虹有时被人误写为“陶红”。1983年至1993年在北京花
  • 旧金山轻轨旧金山轻轨(英语:Muni Metro)是一个在加州旧金山的准地铁系统。由旧金山市交通局(San Francisco Municipal Transportation Agency(SFMTA))旗下的部门旧金山城市铁路局负责管理。日
  • 罗贝托大公 (奥地利-埃斯特)罗伯特·卡尔·路德维希·马克西米利安·迈克尔·玛丽亚·安东·弗朗茨·斐迪南·约瑟夫·奥多·胡贝特·格奥尔格·皮乌斯·约翰尼斯·马库斯·德·阿维亚诺(Robert Karl Lu
  • 欧洲栗欧洲栗(学名:),又称西洋栗、甜栗、甘栗,属于被子植物中的山毛榉科。原产于欧洲东南部与小亚细亚,现已广泛种植于欧洲各地。欧洲栗的果树耐寒且长寿,它的果实“栗子”则常被用作食材
  • 精灵总动员精灵总动员是2003年美国的耶诞喜剧电影,由乔恩·法夫罗执导,David Berenbaum编剧,主要演员有威尔·法瑞尔、詹姆斯·肯恩、佐伊·丹斯切尔、玛丽·史汀柏格、爱德华·阿斯纳、
  • 恩里克二世 (纳瓦拉)恩里克二世(法语:Henri II;巴斯克语:Henrike II.a Nafarroakoa;1503年4月18日-1555年5月25日),是1517年至1555年期间纳瓦拉王国的国王。他在位时,纳瓦拉王国仅剩余小型北部领地,南部已