六方氮化硼的結構與性能/應用

六方氮化硼陶瓷的製備與應用

六方氮化硼的結構與性能/六方氮化硼的結構

氮化硼(BN)是一種性能優異，極具發展潛力和應用前景的新型寬頻隙納米材料。它是一種典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物，由氮原子和硼原子組成。氮原子和硼原子採取不同的雜化方式相互結合，可以形成不同物相結構的氮化硼：六方氮化硼(h-BN)、菱方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼(c-BN)和纖鋅礦氮化硼(w-BN)、正交氮化硼(o-BN)。其中，六方氮化硼它是唯一存在於自然界的氮化硼相。

六方氮化硼屬於六方晶系，具有和石墨烯相同的六方晶體結構，它的晶格常數a=0.2504nm，c=0.6661nm，是由多層結構堆疊起來的，層間B-N-B是靠范德華作用力連接，易於剝離，且品質較輕，不導電，具有很寬的帶隙(5.1eV)，高的硬度(莫氏硬度2)，高熔點(>3000K)，高的抗氧溫度900℃，耐高溫2000℃，熱膨脹/收縮率低等優點，而且沿C軸方向有很好的散熱性能，有著很廣泛的應用，而且單層或者多層六方氮化硼可以捲曲成六方氮化硼管納米材料。

六方氮化硼的性能

六方氮化硼的結構特點使其具有很多優異的特性，如高導熱性、高耐熱性、潤滑性、摩擦係數低、熱膨脹係數低、介電性質優異等物理性質以及抗氧化性強、抗腐蝕性強、化學性質穩定等化學性質。

h-BN陶瓷的具體基本性能如下：

1.          高耐熱性

h-BN陶瓷在0.1MPa氮氣中于3000℃昇華，在1800℃時的強度為室溫的2倍，具有優異的抗熱震性能，在1500℃空冷至室溫數十次不會破裂。

2.          高導熱係數

熱壓h-BN陶瓷製品導熱率約為33Ｗ/ｍ•ｋ，具有與不繡鋼相似的導熱係數，是陶瓷材料中導熱率最大的材料之一。

3.          低熱膨脹係數

h-BN陶瓷的線膨脹係數為(2.0~6.5)ｘ10-6/℃，僅次於石英玻璃，是陶瓷中最小的，加上其具有高的導熱率，所以h-BN陶瓷的抗熱震性能很好。

4.          優良的電絕緣性能

h-BN陶瓷的高溫絕緣性好，其電阻率25℃為1014Ω•cm，2000℃還可達到103Ω•cm，高純度h-BN陶瓷最大體積電阻率可達1016~1018Ω•cm，即使在1000℃高溫下，仍有104~106Ω•cm，是陶瓷中最好的高溫絕緣材料。

5.          良好的耐腐蝕性

h-BN陶瓷化學穩定性好，且不被大多數的熔融金屬、玻璃和鹽潤濕，因此具有很高的抗酸、堿、熔融金屬及玻璃的侵蝕能力，有良好的化學惰性。

6.          低的摩擦係數

h-BN陶瓷具有極好的潤滑性能，摩擦係數μ為0.16，高溫下不增大，比二硫化鉬、石墨耐溫高，氧化氣氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。

7.          可機械加工性

h-BN陶瓷極易使用常規金屬切削技術對製品精加工，車削精度可達0.05mm，因此由h-BN坯料可以加工得到複雜形狀的製品。

六方氮化硼陶瓷的應用

h-BN陶瓷可以說是一種隨著航空和電子工業的發展而發展起來的新興工業材料，在冶金、化工、電子及新能源等領域具有廣闊的應用前景。

利用氮化硼製品較好的耐高溫性和電絕緣性，可作為高溫下的電絕緣材料，具有優良的抗熱衝擊性。利用其高導熱性及對微波輻射的穿透性能，在電子工業中可用作雷達的傳遞窗。利用h-BN製品熔點較高、熱膨脹係數小以及幾乎對所有熔融金屬都穩定的性能，可用作高溫金屬冶煉坩堝、耐熱材料、散熱片和導熱材料等。利用h-BN陶瓷優異的熱穩定性能，可在1500°Ｃ至室溫反復急冷急熱條件下使用。

利用h-BN陶瓷對酸、堿和玻璃熔渣有良好的耐侵蝕性，以及對大多數熔融金屬既不潤濕也不反應的性能，可用作熔煉有色金屬、貴金屬和稀有金屬的坩堝、器皿、管道、輸送泵等部件。利用h-BN陶瓷既是熱的良導體，又是電的絕緣體，可作為超高溫的絕緣材料。利用h-BN陶瓷對微波和紅外線是透明的，可用作透紅外和微波的視窗，如雷達視窗等。

利用h-BN陶瓷具有較強的中子吸收能力，可在原子能工業中與各種塑膠、石墨混合使用，作為原子堆的遮罩材料。利用h-BN陶瓷具有較高的熱穩定性、化學穩定性和電絕緣性，同時還具有熱導率高、介電性好、製品易加工等特點，可與TiB2複合製備導電陶瓷蒸發舟。

此外，利用h-BN在超高壓下性能穩定，可作為壓力傳遞材料和容器。利用h-BN是最輕的陶瓷材料，可用於飛機和宇宙飛行器的高溫結構材料。利用h-BN的發光性，可以作為場致發光材料。

總體而言，不同級別的六方氮化硼顆粒(納米級、幾微米級、幾十微米級顆粒)有著不同的應用。其中納米級顆粒細微性小、潤滑性好，將應用於潤滑油添加劑、化妝品等行業；幾微米級顆粒耐熱性好、熱膨脹係數低、電絕緣性好，將應用於耐高溫塗料、合成立方氮化硼、製備特種陶瓷等行業；幾十微米級顆粒導熱性好並具有穩定的化學性能，將應用在導熱材料、航空航太材料、電工材料等領域。From/xincailiaocom/news