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你对氮化硼的几大特性了解多少呢?

2024/4/24    来源:    作者:佚名  浏览次数:28

六方氮化硼由相等原子个数的 B、两种元素构成。它不是自然产生的化合物,最早是由 Balmain在1842年通过熔融的硼酸(H;BO3)与化钾(KCN)合成得到的而其性质的正式确认则是在1850年由Wohler 通过几乎纯净的氮化硼化合物完成的。h-BN的理论密度为2.27g/cm其晶体具有类似石墨的层状结构,粉体状态呈现松散、润滑、易吸潮、质轻等性状,烧结得到的纯 h-BN 块体是纯白色的,所以其又被称为“白色石墨”。独特的晶体结构赋予了 h-BN 一系列特殊的性能。


一、氮化硼特性—力学性能

与氧化铝(AlO₂)、氧化锆(Zr2)碳化硅(SiC)氮化硅(SN)等陶瓷材料不同,h-BN 陶瓷属于软性材料,其莫氏硬度仅为 2,是所有陶瓷材料中硬度低的。h-BN 的弹性模量、抗弯强度等力学性能也相对较低,传统纯 -BN 陶瓷的弹性模量为 30~40GPa,抗弯强度也仅为 50~70MPa,难以满足大多数构件对力学性能的要求。通过添加烧结助剂和增强相等方式,可以有效提高其性能使 h-BN 基复相陶瓷的弹性模量提高到 70~80GPa,抗弯强度达到 200 MPa以上。

此外,纯 h-BN 陶瓷具有良好的高温力学性能,在高温下没有类似石墨的负载软化现象,在室温至 1000℃ 乃至更高的温度范围内,其抗查强度能够保持不降低甚至有所提升,这对于将其应用于高温结构件是十分有利的,可提高其在高温环境下使用的可靠性。而 h-BN 基复相陶瓷中第二相往往会对高温性能产生不利影响,如氧化硼(BO₂)经常作为 h-BN 陶瓷的黏结剂和杂质相存在,但含有BO的 h-BN 陶瓷一旦温度升高,其性能将迅速下降,抗弯强度从室温时的 100 MPa降低到1000C时的14MPa。

由于 h-BN 陶瓷硬度低,且具有自润滑特性,因此其机械加工性能好,可以通过常规的车、铣、钻、磨、切等方法进行加工,制成各种形状复杂的构件。h-BN还可以作为改性加入其他陶瓷中,降低材料的硬度,改善可加工性。

基于较高的热导率、较低的热膨胀系数和弹性模量,h-BN 陶瓷具有优异的抗热冲击性能,材料经受反复强烈热震后也能保持不被破坏。热压 h-BN 陶瓷试样在1000℃高温环境中保温20 min 后,立即移入空气中冷却或用风扇冷却至室温,再送回高温环境中,如此反复循环数百次仍可保持材料不发生开裂破坏,只是强度略有降低。

三、氮化硼特性—电学性能

h-BN 是良好的室温和高温电绝缘体。在干燥环境下,高纯度 h-BN 陶瓷电阳率可达10^16~10^18cm,即使在1000℃电阻率仍可保持在10~10cm但随着湿度的增加,h-BN 的电阻率会有所下降;h-BN 具有很高的击穿电压,可达30~40kV/mm,因此其是作为高频绝缘、高绝缘、高温绝缘的理想候选材料;h-BN 的介电常数e值为3~5,介电损为(2~8) 10^-4,这在陶瓷材料中也是比较小的。

三、氮化硼特性—化学性能

h-BN 具有优异的化学稳定性,不溶于冷水,在沸水中水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氨(NH;)。h-BN 对各种无机酸、碱、盐溶液及有机剂均有相当的抗腐蚀能力,在大多数酸、碱中都具有极好的稳定性,在室温下与弱酸和强碱均不起反应,在浓硫酸、硝酸、磷酸等溶液中浸泡 7天的试样质量损失率均小于10%,微济于热酸,用熔融的氢氧化钠(NaOH)、氧化钾(KOH)等处理后才能发生分解。此外,h-BN 对大多数金属和玻璃的高温熔体既不润湿也不发生反应因此其可作为熔制各种金属的理想堆塌材料。


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