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氮化硼（BN）是由等量的硼元素（B）和氮元素（N）組成的一種化合物。1842年Balmain等使用熔融的硼酸(H2BO3)和氰化鉀(KCN)首次了氮化硼。最初人們認(rèn)為氮化硼只能通過合成獲得，例如以硼酸或者是氧化硼為前驅(qū)體，后來發(fā)現(xiàn)氮化硼也存在于自然界中。氮化硼優(yōu)異的物理化學(xué)特性如：化學(xué)穩(wěn)定性高，高耐熱性，高導(dǎo)熱性等，與多種金屬不浸潤等優(yōu)異的物理化學(xué)特性，引起了眾多科學(xué)家們極大的興趣和廣泛深入的探究。
基于氮化硼的各項(xiàng)卓越性能，它被廣泛應(yīng)用于化妝品，高溫、大功率、光電子以及抗輻射器件、透波、高性能航空防摩擦、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、返程式衛(wèi)星等軍工航天領(lǐng)域并且在聚合物復(fù)合增強(qiáng)增韌、復(fù)合陶瓷改性和提高塑料熱導(dǎo)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景，是近年來研究的熱點(diǎn)之一。BN 有 6 種晶型，常見的 BN 是立方氮化硼(c-BN)或六方氮化硼(h-BN)。c-BN 和金剛石類似，主要用于制作切割工具。h-BN 具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)，是高導(dǎo)熱性的二維(2D) 材料，其中，硼和氮原子交替定位，可形成二維共軛層 。
BN 按形貌可分為塊狀 BN(h-BNs)、片狀 BN 和管狀BN，通過合適的方法可將塊狀 BN 進(jìn)行剝離得到片狀 BN。研究表明，氮化硼納米管(BNNTs)可分為單壁和多壁 2 種結(jié)構(gòu)。單壁氮化硼納米管，可被看作由 h-BN 單層平面卷曲而成，在h-BN 平面中，B、N 原子以 sp 2 雜化，從而形成類似于石墨的六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。而多壁氮化硼納米管是由同軸單壁納米管形成的。
BNNTs 和 BN 納米片(BNNS)是具有極高導(dǎo)熱性的絕緣材料，因此受到了廣泛的關(guān)注。近年來，研究者將不同形態(tài)的 BN或者經(jīng)過表面處理的 BN 作為填料摻入復(fù)合材料中，能夠有效提高材料的導(dǎo)熱性。氮化硼與碳等電子，其性質(zhì)高度依賴于研究中的晶體改性。氮化硼主要以六方氮化硼(h-BN)、斜三方晶型(r-BN)、立方型(c-BN)。
六方氮化硼(h-BN)以 AB雙層序列堆疊而成，層內(nèi) B、N 原子以 sp2 方式雜化，交替排列形成六邊形蜂巢狀結(jié)構(gòu)(與石墨結(jié)構(gòu)相似)。氮化硼層狀也可以堆疊成斜三方晶型(r-BN)，以 ABC三層序列有規(guī)律堆疊，層內(nèi) B、N 原子同樣以 sp2 方式雜化。氮化硼另外一種常見的結(jié)構(gòu)是立方型(c-BN)，B、N 原子按照 sp3 雜化，晶體中原子之間的作用均為共價(jià)鍵作用。其硬度僅次于金剛石，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的第二大最硬物質(zhì)。氮化硼還有一種極其稀有的 S 結(jié)構(gòu)是纖鋅礦晶型
氮化硼( Boron nitride), 化學(xué)式為BN,分子量為24.81,理論密度為2.27g/cm'。 BN是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的晶體，具有四種不同變體:六方BN(H-BN)、菱方BN(R- BN)、立方BN (C- BN)和密排六方BN ( W - BN/纖鋅礦BN)。H- BN較軟,稱“白色石墨”,C- BN硬度高，與金剛石相當(dāng)。將B2O3與NH,CI共熔,或?qū)钨|(zhì)硼在NH,中燃燒均可制得BN。
通常制得的BN是石墨型結(jié)構(gòu)(圖3-28),俗稱為白色石墨;另-一種是金剛石型,和石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸脑眍愃?石墨型BN在高溫( 1800C)、高壓(800MPa)下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎傂虰N。這種BN中B-N鍵長( 156pm)與金剛石在C- C鍵長( 154pm)相似，密度也和金剛石相近,硬度和金剛石不相上下,而耐熱性比金剛石好,是新型耐高溫超硬材料。
氮化硼的性能優(yōu)越，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：高耐熱性、高導(dǎo)熱性：承受耐 2000℃高溫，在 3000 ℃會(huì)升華；氮化硼具有很高的導(dǎo)熱率，在目前的陶瓷材料中，氮化硼是導(dǎo)熱性能最好的材料。
優(yōu)異的介電性能：高溫絕緣性很好，常溫電阻率為 1016~1018Ω.cm，2000℃時(shí)的電阻率也能達(dá)到 104 Ω.cm，是極佳的高溫絕緣材料。介電常數(shù)為 3~5，可透過微波和紅外線。高溫穩(wěn)定性：在空氣中燃燒氮化硼，能夠抗氧化溫度能夠達(dá)到 900 ℃，真空條件下氮化硼的燒結(jié)溫度可達(dá)到為 2000 ℃。在高溫時(shí)也擁有良好的潤滑性能，是很好的高溫固體潤滑劑。 同時(shí)具有低的熱膨脹系數(shù)、高化學(xué)穩(wěn)定性等性能。
六方氮化硼H-BN為石墨晶格，呈松散、潤滑、易吸潮、質(zhì)輕、難溶、耐高溫白色粉末。H-BN無明顯熔點(diǎn)，在0.1MPa氮?dú)庵校?000C時(shí)升華，在惰性氣體中的熔點(diǎn)為3000C,在中性還原氣氛中，耐熱到2000C,在氮?dú)夂蜌逯惺褂脺囟瓤蛇_(dá)2800C,在氧氣氣氛中穩(wěn)定性較差,使用溫度在1000C以下。
H - BN具有抗化學(xué)侵蝕性質(zhì),不被無機(jī)酸和水侵蝕,水煮沸時(shí)水解非常緩慢并產(chǎn)生少量硼酸和氮;與弱酸和強(qiáng)堿在室溫下均不反應(yīng),微溶于熱酸，與一般金屬(鐵、銅、鋁鉛等)、稀土金屬,貴重金屬，半導(dǎo)體材料,玻璃,熔鹽(水晶石、氟化物.爐渣)不反應(yīng)。
H-BN是陶瓷材料中導(dǎo)熱性能最好的材料之-一，面內(nèi)~180W/(m.K)(不同軸向熱導(dǎo)率不同) ;CTE相當(dāng)于石英,是陶瓷中最小的,CTE在c軸方向，上為41 x10-*/C,d軸方向上為-2.3 x10-0/C ,抗熱震性能很好。H- BN是陶瓷中最好的高溫絕緣材料,室溫電阻率為10'Q.cm,2000C可達(dá)到10'0.cm,高溫?fù)舸╇妷?kV/mm ,低介電損耗,10°Hz時(shí)為2.5x10-* ,介電常數(shù)為4,可透過微波和紅外線。H- BN摩擦系數(shù)低至0.16,高溫下不增大。H- BN壓縮強(qiáng)度為170MPa,莫氏硬度為2。
C-BN是由六方BN和觸媒在高溫高壓下合成的，是繼人造金剛石問世后出現(xiàn)的又一種新型高新技術(shù)產(chǎn)品。C- BN有單晶體和多晶燒結(jié)體兩種。單晶體是把C-BN和觸媒在壓力為3000~8000MPa、溫度為800~1900C范圍內(nèi)制得。C-4BN晶形有四面體截錐八面體、歪晶和雙晶等。工業(yè)生產(chǎn)的C- BN有黑色、琥珀色和表面鍍金屬的,顆粒尺寸通常在1mm以下。C-BN具有很高熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，以及良好透紅外性和較寬禁帶寬度等優(yōu)異性能,C-BN熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于金鋼石，對鐵系金屬元素有較大化學(xué)穩(wěn)定性。
六方氮化硼用途:①高溫固體潤滑劑;②高溫狀態(tài)的特殊電解、電阻材料;③防止中子輻射的包裝材料;④壓制成各種形狀,用做高溫、高壓、絕緣、散熱部件,如飛機(jī)、火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)噴口;⑤加工制成超硬材料,可制成高速切割工具和地質(zhì)勘探、石油鉆探的鉆頭。
H-BN由于其優(yōu)異電絕緣性和高熱導(dǎo)率是提高聚合物導(dǎo)熱性能的優(yōu)良填料。在常用導(dǎo)熱絕緣無機(jī)粒子中,H一BN在寬頻范圍內(nèi)的介電常數(shù)最低,介電損耗小，介電性能具有一定頻率穩(wěn)定性,加之其面內(nèi)高熱導(dǎo)率使其成為優(yōu)良的導(dǎo)熱絕緣填料。H-BN具有增稠、防流變特性，在聚合物內(nèi)的添加比例不能太大。H-BN經(jīng)常需要和其他導(dǎo)熱粒子配合使用。
合成六方氮化硼的方法非常多。但是大部分的制作方法都是通過由含硼的化合物引入氨基來制作的。硼的化合物主要是硼的氧化物及酸類、硼酸鹽類，而氨基的來源大多為尿素，氮等。
立方氮化硼的合成。
（1）在較早時(shí)期，人們常用高溫高壓法合成，通過溫度高于1000多攝氏度，壓強(qiáng)也在極高的情況下由六方氮化硼轉(zhuǎn)化為立方氮化硼。隨著科技的不斷發(fā)展完善中，人們發(fā)現(xiàn)催化劑對于這個(gè)轉(zhuǎn)化起著重大的作用，通過催化劑可以大大的降低所需要的壓強(qiáng)和溫度。而在氮化硼的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中我們常用的催化劑有堿，堿土金屬，無機(jī)氟化物、硼酸銨鹽等。
在不斷的實(shí)驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，用硼酸氨鹽為催化劑時(shí)轉(zhuǎn)化過程中所需要的壓強(qiáng)和溫度最低。即使我們已經(jīng)使用了催化劑降低轉(zhuǎn)化過程中的條件，但是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中所需對于溫度和壓強(qiáng)的要求依舊還是很高。因此我們對于轉(zhuǎn)化過程中所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求也是非常高，由于設(shè)備極其復(fù)雜，成本也非常大，這對于工業(yè)上的應(yīng)用則受到限制。
（2）化學(xué)氣象合成法。隨著科技的發(fā)展，我們開始使用等離子體技術(shù)。通過等離子體的技術(shù)的應(yīng)用，我們可以在溫度、壓強(qiáng)較低的情況下制備立方氮化硼。這種方法制作立立方氮化硼所需要的設(shè)備并不復(fù)雜，制作工藝也較為簡單，因此這種方法的應(yīng)用也就比較廣泛。
目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了許多種氣相沉積方法。傳統(tǒng)的說法，我們主要使用的是熱化學(xué)氣相沉積。實(shí)驗(yàn)裝置也都是由耐熱程度很高的材料組合而成，例如石英管。加熱過程我們主要是使用加熱爐進(jìn)行加熱，也可以使用高頻感應(yīng)加熱。
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