氮化硼

氮化硼

氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體,具有四種不同的變體:六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纖鋅礦氮化硼(WBN)。

基本信息

結構

六方氮化硼六方氮化硼

氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體。 化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮,具有四種不同的變體: 六方氮化硼(HBN) 、立方氮化硼(CBN) 、菱方氮化硼(RBN) 、纖鋅礦氮化硼(WBN) 。

氮原子和硼原子採取不同雜化方式互相作用,可形成不同結構的氮化硼晶體。當氮原子和硼原子以SP2方式雜化後,由於鍵角為120O,成鍵後形成與石墨類似的平面六角網狀結構分子,這種大的平面網狀分子採取不同的空間堆垛方式後,又可形成不同的結構--六方氮化硼(HBN)和菱方氮化(RBN)。

當氮原子和硼原子以SP3方式雜化後,由於鍵角為109.5O,成鍵後形成與金剛石類似的空間網狀結構,形成立方氮化硼(CBN)。

物化性質

氮化硼耐腐蝕,電絕緣性很好,比電阻大於10-6Ω.cm;壓縮強度為170MPa;在c軸方向上的熱膨脹係數為41×10-6/℃,而在d軸方向上為-2.3×10-6;在氧化氣氛下最高使用溫度為900℃,而在非活性還原氣氛下可達2800℃,但在常溫下潤滑性能較差。

氮化硼化學式為 (BN)n,有石墨型和金剛石型兩種結構。

六方氮化硼

六方氮化硼,也稱為石墨型氮化硼,其片層結構巨分子為柔軟、白色晶狀粉末,俗稱白石墨,相對密度2.25,約3000℃升華,微溶於水,與水煮沸時緩慢水解硼酸。石墨型氮化硼的化學性質極不活潑,能耐2000℃高溫,有良好的介電性能。石墨型氮化硼在1800℃、 85000大氣壓下轉變為金剛石型立方晶體巨分子,稱為氮化硼單晶,硬度僅次於金剛石。氮化硼纖維具有強度高、彈性模量高、重量輕、熱穩定、熱導率高等優點。

立方氮化硼

立方氮化硼具有類似金剛石的晶體結構,不僅晶格常數相似(金剛石為0.3567nm,立方氮化硼為0.3615nm),而且晶體中的結合鍵亦基本相同,即都是沿四方面體雜體中的共價鍵,所不同的是金剛石中的結合純屬碳原子之間的共價鍵,而立方氮化硼晶體中的結合鍵則是硼、氮異類原子間的共價結合,此外尚有一定的弱離子鍵。在理想的立方氮化硼晶體中,所有四個B-N鍵的鍵長彼此皆相等(0.157nm)鍵與鍵鍵的夾角為109.5O。

製備方法

六方氮化硼

它可由氮與硼加熱製得,也可由硼醯亞胺B2(NH)3加熱裂解或由硼酸與磷酸鈣等在氨氣中加熱製得,還可由三氯化硼經過氮化或氨解後製備而成。

立方氮化硼

立方氮化硼的製作可由在高溫、高壓下處理六方氮化硼而成。

用途

由於其常溫下潤滑性能較差,故常與氟化石墨、石墨二硫化鉬混合用作高溫潤滑劑,將氮化硼粉末分散在油中或水中可以作為拉絲或壓製成形的潤滑劑,也可用作高溫爐滑動零件的潤滑劑,氮化硼的燒結體可用作具有自潤滑性能的軸承、滑動零件的材料。

六方氮化硼

六方氮化硼可做絕緣材料、耐火材料、坩堝和高溫潤滑劑。

六方氮化硼部件可由加熱加壓和其後的機械加工造出,因為它的硬度與石墨相當,所以加工成本不高。這些部件都由氮化硼粉末製造,以氧化硼作為燒結劑。氮化硼薄膜可以由三氯化硼和氮雛形化學氣相沉積後形成。而工業製造是基於兩個化學反應:熔化的硼酸與氨、硼酸或鹼性硼化物與尿素、胍、蜜胺或其他適當的氮氣中的有機氮化合物。製作超細氮化硼潤滑劑和toner則需要在氮氣中以5500°C高溫燃燒硼粉末。

立方氮化硼

立方氮化硼可作高溫磨料和拋光劑。

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