氮化硼陶瓷介绍与应用

1.氮化硼陶瓷简介

 

氮化硼（BN) 有三种变体：六方、密排六方和立方晶体。六方晶体BN在常压下是稳定相；密排六方晶体 BN和立方晶体 BN在高压下是稳定相，在常压下是亚稳相；六方晶体氮化硼在高温高压下转变为立方晶体氮化硼或密排六方晶体氮化硼。

 

六方氮化硼

 

六方晶体氮化硼具有类似石墨的层状结构，外观是白色粉末，性能也有很多相似之处，所以又叫“白石墨”。

 

纳米氮化硼粉末

2. 氮化硼陶瓷的制造工艺

 

（1）氮化硼粉末的制备

六方晶体BN粉末的合成方法，常见的有：

①卤化硼法

此法又称气相合成法，卤化硼与氨反应，先生成中间物氨基络合物，中间物再经高温处理制得BN。在125~130℃时，中间产物分解成B2(NH)3，继续加热到900~1200℃时，B2(NH)3即分解成BN。

②硼酐法

硼酐在高温下与氨反应与氨反应可制得BN，硼酐也可以与氰化钠（钙）反应制得BN，也可在石墨坩埚中用石墨还原硼酐制得BN。

③硼砂法

硼砂－氯化铵法：Na₂B₄O₇＋2NH₄Cl＋2NH₃—4BN＋2NaCl＋7H₂O

硼砂－尿素法：Na₂B₄O₇＋2(NH₂)₂CO—4BN＋Na₂O＋4H₂O＋2CO₂

（2）氮化硼陶瓷的成型

氮化硼陶瓷可根据其形状、尺寸大小采用各种成型方法，为了获得致密的氮化硼制品用热压法。

（3) 氮化硼陶瓷的烧结

为有利于氮化硼的烧结，可掺入一定量的添加剂，常用的添加剂有 B203、Si3N4、AIPO4、BaCO3等。添加剂中B2O3的加入量要适量，B2O3的存在会引起氮化硼陶瓷吸潮而导致电、热性能急剧恶化；如加人BaCO3可改善热压氮化硼陶瓷制品的性能。

 

3. 氮化硼陶瓷的性能与用途

 

（1) 六方晶体氮化硼陶瓷的性能与用途

六方晶体氮化硼，呈白色，性能稳定，可加工性好，可以用作高温润滑剂；利用它较好的耐高温性、绝缘性可作为电绝缘材料；在电子工业中，利用其导热性及对微波辐射的穿透性能，用作雷达的传递窗；在原子能工业中，它被用作核反应堆的结构材料；利用它的熔点较高、热膨胀系数小以及几乎对所有熔融金属都稳定的性能，可用作高温金属冶炼坩埚、耐热材料，用作散热片和导热材料（在中性或还原气氛中的使用温度可达2800℃）。因此，也是制造发动机部件的最佳材料。

此外，它还广泛用于国防工业、宇宙航行方面，在冶金工业上用于钢坯水平连铸技术中制作结晶器的分离环等。

（2) 立方晶体氮化硼的性能与用途

立方晶体氮化硼陶瓷是通过类似于石墨制造人造金刚石的方法，由六方晶体氮化硼经高温高压处理后转化而成的。

立方晶体氮化硼是耐高温、超硬的材料（莫氏硬度接近于10) 。 立方晶体氮化硼陶瓷广泛用作耐热、耐磨材料。

 

氮化硼制品