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概要概要1氮化硼简介氮化硼简介2六方氮化硼的结构与性能六方氮化硼的结构与性能3立方氮化硼的结构与性能立方氮化硼的结构与性能4氮化硼的制备氮化硼的制备5氮化硼的应用氮化硼的应用1简介简介在在100100多年前,氮化硼在贝尔曼的实验室首次被发现,多年前,氮化硼在贝尔曼的实验室首次被发现,该材料得到较大规模发展是在该材料得到较大规模发展是在2020世纪世纪5050年代后期。
氮化硼年代后期。
氮化硼(BNBN)是一种性能优异并有很大发展潜力的新型陶瓷材料,)是一种性能优异并有很大发展潜力的新型陶瓷材料,包括包括55种异构体,分别是六方氮化硼(种异构体,分别是六方氮化硼(h-BNh-BN),纤锌矿氮),纤锌矿氮化硼(化硼(w-BNw-BN),三方氮化硼(),三方氮化硼(r-BNr-BN)、立方氮化硼()、立方氮化硼(c-c-BNBN)和斜方氮化硼()和斜方氮化硼(o-BNo-BN)。
广泛应用于机械、冶金、化)。
广泛应用于机械、冶金、化工、电子、核能和航空航天领域。
工、电子、核能和航空航天领域。
六方晶型闪锌矿晶型纤维锌矿晶形氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体,分子式为氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体,分子式为BNBN,分子量,分子量24.8124.81。
化学组成为。
化学组成为43.6%43.6%的硼和的硼和56.4%56.4%的氮,理论的氮,理论密度密度2.27g/cm32.27g/cm3。
BNBN粉末具有松散、润滑、质轻、易吸潮等性质,颜色洁粉末具有松散、润滑、质轻、易吸潮等性质,颜色洁白。
制品呈象牙白色。
白。
制品呈象牙白色。
目前对目前对BNBN的研究主要集中在对其六方相(的研究主要集中在对其六方相(H-BNH-BN)和和立方相立方相(C-BNC-BN)上的研究。
上的研究。
1简介简介氮化硼的性能氮化硼的性能l在机械特性方面在机械特性方面拥有不磨蚀、低磨耗、尺寸安全性、润滑性佳、耐火及易拥有不磨蚀、低磨耗、尺寸安全性、润滑性佳、耐火及易加工等优点。
加工等优点。
l在电气特性方面在电气特性方面拥有介电强度佳、低介电常数、高频率下低损耗、可微波拥有介电强度佳、低介电常数、高频率下低损耗、可微波穿透、良好的电绝缘性等优点。
穿透、良好的电绝缘性等优点。
l在热力特性方面在热力特性方面拥有高热传导、高热容量、低热膨胀、抗热冲击、高温润拥有高热传导、高热容量、低热膨胀、抗热冲击、高温润滑性及高温安定性等优点。
滑性及高温安定性等优点。
l在化学特性方面在化学特性方面拥有无毒、化学安定性、抗腐蚀、抗氧化、低湿润、生物拥有无毒、化学安定性、抗腐蚀、抗氧化、低湿润、生物安定性及不沾性等优点。
安定性及不沾性等优点。
1简介简介2六方氮化硼六方氮化硼六方氮化硼六方氮化硼(h-BNh-BN)是最普遍使用的氮化硼形态。
是最普遍使用的氮化硼形态。
h-BNh-BN的的结构与石墨类似,具有六方层状结构,晶格常数结构与石墨类似,具有六方层状结构,晶格常数a=a=0.2504nm0.2504nm,c=0.6661nmc=0.6661nm,理论密度,理论密度2.27g/cm32.27g/cm3,熔点,熔点33000000,质地柔软,可加工性强,并且颜色为白色,俗称,质地柔软,可加工性强,并且颜色为白色,俗称“白石墨白石墨”。
氮化硼的晶体结构如右图所示。
氮化硼的晶体结构如右图所示。
在在BN晶体结构中,每一层内晶体结构中,每一层内B、N原原子相隔组成六角形网络。
子相隔组成六角形网络。
B、N原子原子间有强共价键和某种偶极矩力的作间有强共价键和某种偶极矩力的作用,因而层内部的结合紧密,但层用,因而层内部的结合紧密,但层之间只借非常弱的键结合,因此是之间只借非常弱的键结合,因此是类似石墨的层状结构,容易剥离。
类似石墨的层状结构,容易剥离。
许多性能具有方向性。
许多性能具有方向性。
石墨结构与六方石墨结构与六方氮化硼结构氮化硼结构2六方氮化硼六方氮化硼六方氮化硼(六方氮化硼(h-BN)具有优良的电绝缘性、极好的化学稳)具有优良的电绝缘性、极好的化学稳定性以及优良的介电性能。
定性以及优良的介电性能。
热性能。
热性能。
无明显熔点,在无明显熔点,在0.1MPA氮气中氮气中3000升华,升华,在惰性气体中熔点在惰性气体中熔点3000,在中性还原气氛中,耐热到,在中性还原气氛中,耐热到2000,在氮气和氩中使用温度可达,在氮气和氩中使用温度可达2800,在氧气气氛中,在氧气气氛中稳定性较差,使用温度稳定性较差,使用温度1000以下。
以下。
六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之一,导热率为六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之一,导热率为石英的十倍,在垂直于石英的十倍,在垂直于c轴方向上有较高的热导率轴方向上有较高的热导率60W/(mK);低的热膨胀系数低的热膨胀系数,相当于石英,是陶瓷中最小相当于石英,是陶瓷中最小的,在的,在c轴方向上的热膨胀系数为轴方向上的热膨胀系数为41x10-6/C,而在而在d轴方向轴方向上为上为2.3x10-6/C,所以抗热震性能很好。
,所以抗热震性能很好。
2六方氮化硼六方氮化硼六方氮化硼的性能六方氮化硼的性能HBNBeOAl2O3滑石滑石瓷瓷ZrO2石英玻石英玻璃璃氟树脂氟树脂最高使用温度/900(氧气)2800(氮气)200017501100200013025热导率(w/m.k)25.1255.425.12.512.091.674.19热膨胀系数/10-6/0.7()7.5()7.88.68.710.06.5HBN和其它材料的热性能和其它材料的热性能低的热膨胀系数及高导热率,使六方氮化硼的抗热冲击性能相当优良。
低的热膨胀系数及高导热率,使六方氮化硼的抗热冲击性能相当优良。
2六方氮化硼六方氮化硼六方氮化硼的性能六方氮化硼的性能机械性能。
机械性能。
摩擦系数低至摩擦系数低至0.16,高温下不增大,比二,高温下不增大,比二硫化钼硫化钼、石墨耐温高,氧化气氛可用到石墨耐温高,氧化气氛可用到900,真空下可用,真空下可用到到2000。
常温下润滑性能较差,故常与氟化石墨、石墨与。
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。
二硫化钼混合用作高温润滑剂。
六方氮化硼是一种软性材料,六方氮化硼是一种软性材料,莫氏硬度仅为莫氏硬度仅为2。
由于。
由于BN晶晶体的类石墨层状结构,由片状晶体热压成型的致密体的类石墨层状结构,由片状晶体热压成型的致密HBN瓷体瓷体具有一定程度的定向排列,这种微观组织使具有一定程度的定向排列,这种微观组织使HBN制品的某些制品的某些性能具有较明显的各向异性特性。
热压性能具有较明显的各向异性特性。
热压HBN的机械性能在平的机械性能在平行于受压方向的强度比垂直于受压方向的强度大。
行于受压方向的强度比垂直于受压方向的强度大。
另一特点是机械加工性好,可以车、铣、刨、钻、磨、切,另一特点是机械加工性好,可以车、铣、刨、钻、磨、切,并且加工精度高,所以可用一般机械加工方法加工成精度很并且加工精度高,所以可用一般机械加工方法加工成精度很高的零部件制品。
高的零部件制品。
六方氮化硼的性能六方氮化硼的性能2六方氮化硼六方氮化硼电性能:
六方氮化硼是热的良导体,又是典型的电绝缘体。
电性能:
六方氮化硼是热的良导体,又是典型的电绝缘体。
常温电导率可达常温电导率可达10161018cm,即使在,即使在1000,电阻,电阻率仍有率仍有1014106cm。
HBN的介电常数的介电常数35。
,介电损。
,介电损耗为(耗为(28)10-4,击穿强度为,击穿强度为Al2O3的两倍,达的两倍,达3040kV/mm,因此是理想的高频绝缘、高压绝缘、高温绝,因此是理想的高频绝缘、高压绝缘、高温绝缘材料。
缘材料。
化学性能:
化学性能:
HBN有优良的化学稳定性。
与一般金属、稀土有优良的化学稳定性。
与一般金属、稀土金属,贵重金属,半导体材料,玻璃,熔盐、无机酸、碱不金属,贵重金属,半导体材料,玻璃,熔盐、无机酸、碱不反应。
对大多数金属熔体,如钢、不锈钢、反应。
对大多数金属熔体,如钢、不锈钢、Al、Fe、Ge、Cu、Ni、Zn等既不润湿又不发生作用。
因此,可用作高温等既不润湿又不发生作用。
因此,可用作高温热电偶保护套,熔化金属的坩埚、器皿、输送液体金属的管热电偶保护套,熔化金属的坩埚、器皿、输送液体金属的管道,泵零件、铸钢的模具以及高温电绝缘材料等。
道,泵零件、铸钢的模具以及高温电绝缘材料等。
2六方氮化硼六方氮化硼六方氮化硼的性能六方氮化硼的性能3立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼CBN(CubicBoronNitride)是是20世纪世纪50年代年代首先由美国通用电气首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条公司利用人工方法在高温高压条件下合成的,其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料,件下合成的,其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料,因此它与金刚石统称为超硬材料。
超硬材料广泛应用于锯因此它与金刚石统称为超硬材料。
超硬材料广泛应用于锯切工具、磨削工具、钻进工具和切削刀具切工具、磨削工具、钻进工具和切削刀具。
金刚石高温容金刚石高温容易氧化,特别是与铁系元素亲和性好,不适合用于铁系元易氧化,特别是与铁系元素亲和性好,不适合用于铁系元素黑色金属加工素黑色金属加工。
超硬材料琥珀色立方氮化硼超硬材料琥珀色立方氮化硼其晶体结构类似金刚石其晶体结构类似金刚石,硬度略低于金刚石,为硬度略低于金刚石,为HV72000HV720009800098000兆帕兆帕,常用作磨料和刀具材料。
常用作磨料和刀具材料。
19571957年年,美国的美国的R.H.R.H.温托夫首先研制成立方氮化硼。
但至今尚未发现天然的立温托夫首先研制成立方氮化硼。
但至今尚未发现天然的立方氮化硼。
方氮化硼。
3立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的,立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的,是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。
是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。
它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能,它的硬度仅次于金红外形和较宽的禁带宽度等优异性能,它的硬度仅次于金钢石,但热稳定性远高于金钢石,对铁系金属元素有较大钢石,但热稳定性远高于金钢石,对铁系金属元素有较大的化学稳定性。
立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异,不的化学稳定性。
立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异,不仅能胜任难磨材料的加工,提高生产率,还能有效地提高仅能胜任难磨材料的加工,提高生产率,还能有效地提高工件的磨削质量。
立方氮化硼的使用是对金属加工的一大工件的磨削质量。
立方氮化硼的使用是对金属加工的一大贡献,导致磨削发生革命性变化,是磨削技术的第二次飞贡献,导致磨削发生革命性变化,是磨削技术的第二次飞跃。
跃。
3立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼有立方氮化硼有单晶体单晶体和和多晶烧结体多晶烧结体两种。
单晶体是把六方两种。
单晶体是把六方氮化硼和触媒在压力为氮化硼和触媒在压力为30008000MPa、温度为、温度为8001900范围内制得。
典型的触媒材料选自碱金属、碱土金范围内制得。
典型的触媒材料选自碱金属、碱土金属、锡、铅、锑和它们的氮化物。
立方氮化硼的晶形有四面属、锡、铅、锑和它们的氮化物。
立方氮化硼的晶形有四面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。
工业生产的立方氮化硼体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。
工业生产的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺寸通常在颗粒尺寸通常在1毫米以下。
毫米以下。
它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化学惰性,用它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化学惰性,用以制造的磨具,适于加工既硬又韧的材料,如高速钢、工具以制造的磨具,适于加工既硬又韧的材料,如高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬铸铁等。
用立方钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷
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- 氮化