Общие сведения
Нитрид бора (хим. формула — BN) представляет собой бинарное соединение азота (N) и бора (B). Это инертное нетоксичное вещество, которое не взаимодействует с большинством химических реагентов и не смачивается практически всеми известными расплавленными металлами. Получают его при прокаливании окиси бора (или технического бора) в насыщенной аммиаком атмосфере (при температуре ~2000°C). Существует несколько модификаций данного вещества, имеющих различный состав и, как следствие, разные
Гексагональный бора нитрид
Это белый, напоминающий тальк порошок, гексагональная структура которого аналогична строению графита. Именно поэтому широкое распространение получило другое наименование этого вещества — «белый графит». В настоящее время принято несколько технических условий (ТУ), определяющих основные химические и физические свойства гексагонального бора нитрида, поэтому стоит иметь в виду, что разные марки этого вещества различаются между собой как по своему составу, так и по эксплуатационным свойствам.
Процентное содержание составляющих элементов материала может несколько варьироваться, но наиболее распространенное вещество, используемое для получения электродного сплава, имеет следующие значения.
|
ТУ |
ТУ |
|
|
||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Марка |
|
|
|
|
|
|||
|
98,50 | 99,00 | 97,40 | 97,80 | 98,00 | — | 98,00 | 98,00 |
|
— | содержание железа – max 0,1% |
|
— |
|
— | — | — |
|
0,200 | 0,200 | 0,200 | 0,300 | 0,200 | 0,500 | 0,300 | 0,200 |
Плотность |
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
— | — | — |
|
|
— |
|
— |
|
— | — | — | — | — | 0,380 | 0,350 | 0,350 |
|
— | — | — | — | — | 43,00 | — | — |
В целом же для данной модификации нитрида бора характерны такие свойства, как:
- высокая дисперсность;
- тугоплавкость (порядка 3000ºС)
- невысокая твердость;
- превосходные изоляционные свойства;
- высокая (для диэлектрика) теплопроводность;
- инертность к расплавам металлов, стекла, кремния и пр.;
- сохранение всех своих свойств при значительных температурах.
Особые
Полученные на основе нитрида бора керамические порошки (BN A50, BNB15, BNB150, BN FPB15) активно применяют для:
- улучшения теплопроводности силиконовых материалов и синтетических смол;
- присадки смазок и масел;
- формирования защитного слоя при работе с расплавленными металлами;
- формирования разделительной среды в стекольной и керамической промышленности;
- создания высокотемпературных смазочных материалов;
- производства наполнителей для охлаждающих жидкостей и масел.
Нашел свое применение нитрид бора и в ядерной энергетике, где он служит для нейтронопоглощающих контейнеров.
Другой немаловажной областью использования данного вещества является синтез сверхпрочных материалов, в частности — вюрцитоподобного и кубического нитридов бора, причем первый используется для дальнейшего создания поликристаллов и лезвий инструментов, рассчитанных на ударные нагрузки.
Нитрид бора кубический
Это вещество (иначе называемое «эльбор» или «боразон») характеризуется особо высокой прочностью, которая лишь немногим уступает свойствам алмаза. Однако в отличие от алмаза эльбор гораздо более термостоек и разрушается лишь при 2000°C. Кроме того, он значительно менее хрупок, а потому куда лучше переносит значительные ударные нагрузки. Характерны для эльбора и повышенная износо- и химическая стойкость (в особенности — инертность к основе всех стальных сплавов — железу).
Сфера применения этого вещества также весьма обширна:
- Изготовление изделий для высокотемпературной техники (изоляторы, тигли для получения кристаллов полупроводников, элементов электровакуумных узлов т.д.);
- Производство интегральных микросхем;
- Создание деталей электровакуумных и полупроводниковых приборов (стержней теплоотводов, окон энерговыводов и пр.);
- Токарная чистовая обработка высокопрочной стали;
- Шлифовка разного рода сплавов.
Широкое распространение эльбора в шлифовальной отрасли связано не только с его инертностью к железу, но и с такими особенностями, как длительное сохранение остроты зерен (самозатачивание), высокая режущая способность, износостойкость, способность выдерживать повышенную термическую нагрузку и интенсивные режимы шлифовки, отсутствие диффузного и адгезионного износа, что позволяет обрабатывать сложнолегированные сплавы.
Получают эльбор при нагревании одинакового количества азота и бора при температуре порядка 1700–1800°C под давлением в 8-12 ГПа.