Нітрид бору: фізико-хімічні властивості і застосування

Нітрид бору є термостойкое кристалічне з'єднання, що складається з бору і азоту. З'єднання отримують одним з декількох методів:

1. Хімічний. Оксид бору (B ₂ O ₃ ) змішують з аміаком (NH ₃ ) при температурі близько 2000 ° C.
2. плазмохімічним. Аморфний бор подають в струмінь азотної плазми, нагрітої до температури понад 4700 К.
3. Піроліз. Леткі сполуки бору і азоту піддаються термічному розкладанню при температурі від 1000 до 2000 К.

Загальна формула і модифікації

Хімічна формула нітриду бору - BN. Виділяють кілька аллотропних модифікацій з'єднання:

• Гексагональна (α) - h-BN. Ця форма нітриду бору має найбільшу кількість варіантів застосування завдяки низькому коефіцієнту тертя, електропровідності і термічної стабільності (з'єднання витримує температури до 3000 ° C).

• Кубічна (β). Така форма має високий електричний опір і гарну теплопровідність, майже на рівні алмазу. Кубічний нітрид бору не розчиняється у сталевих сплавах, що робить його хорошим абразивним матеріалом.

• Аморфна. Некристалічні форма нітриду бору. За структурою і властивостями можна порівняти з аморфним вуглецем.

Оскільки нітрид бору існує у вигляді декількох поліморфів, з'єднання знаходить застосування в багатьох галузях промисловості.

Фізико-хімічні властивості

На молекулярному рівні структура речовини може мати форму плоскої або кубічної решітки. Це обумовлює основні відомі фізичні і хімічні властивості нітриду бору:

• Термостійкість. Температура плавлення речовини - 2973 ° C. За цим показником нітрид бору знаходиться на одному рівні з такими металами, як гафній, осмій і молібден, які відносяться до категорії тугоплавких.

• Теплопровідність. При 1700-2000 Вт/мК показники теплопровідності BN порівнянні з графеном.

• Щільність. Залежно від модифікації, становить від 2,1 до 3,5 г/см ³ .

З хімічної точки зору нітрид бору інертний. Речовина не вступає в реакцію з реагентами і розплавленими металами, включаючи титан, мідь, алюміній та інші. Стійкий до впливу кислотних і лужних середовищ. При температурі до 700 ° C не піддається окисленню.

Показники якості

Найчастіше використовується нітрид бору гексагональний, іноді званий «білим графітом». Виробництво цієї речовини регламентується відповідно до ТУ У 26.8-00222226-007-2003. Якісний матеріал являє собою дрібний порошок чистого білого кольору, візуально нагадує тальк. 90% частинок мають не більше 20 мкм в діаметрі. Масова частка нітриду бору (BN) в з'єднанні - від 97,4%. Насипна щільність - не менше 0,33 г/см ³ .

Застосування

Виняткова термостійкість нітриду бору дозволяє використовувати його в самих різних областях, пов'язаних з екстремально високими температурами. Сфери застосування BN:

• виробництво вогнетривких матеріалів - як діелектриків, так і напівпровідників;

• нанесення захисних покриттів (антипригарних, для захисту металів від корозії);

• виготовлення термостійкої кераміки;

• переробка нафти, промисловий органічний синтез;

• ядерна енергетика.

Гексагональний нітрид бору використовується для поліпшення змащувальних властивостей гуми, пластмас, сплавів і кераміки. Завдяки низькому коефіцієнту тертя застосовується при виробництві для фарб, косметики, олівцевих грифелів, стоматологічного цементу. Відмінні змащувальні властивості BN проявляються в т. Ч. При відсутності молекул газу або води в шарах компаунда, що робить його хорошим компонентом для вакуумних систем.

Нітрид бору з шириною забороненої зони від 4,5 до 6,4 еВ - чудовий напівпровідник. Властивості з'єднання дозволяють використовувати його в розробки польових транзисторів і метал-оксид-напівпровідників (MOSFET).

Кубічний нітрид бору часто використовується в якості абразивного матеріалу для обробки нікелю, заліза і деяких сплавів в тих умовах, коли алмаз не підходить (наприклад, при дуже високих температурах). Така форма BN використовується в ріжучих інструментах і шліфувальному обладнанні.