知識(shí)點(diǎn)名稱：氮化硼陶瓷

關(guān)鍵詞：氮化硼,BN,Boron nitride ceramic

相關(guān)概念和介紹：

氮化硼晶體屬六方晶系，結(jié)構(gòu)與石墨相似，性能也有很多相似之處，所以又叫“白石墨”。

它有良好的耐熱性、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、高溫介電強(qiáng)度，是理想的散熱材料和高溫絕緣材料。氮化硼的化學(xué)穩(wěn)定性好，能抵抗大部分熔融金屬的浸蝕。它也有很好的自潤(rùn)滑性。氮化硼制品的硬度低，可進(jìn)行機(jī)械加工。通常制得的氮化硼是石墨型結(jié)構(gòu)，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眍愃疲偷鹪诟邷兀?800℃）、高壓（800Mpa）下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎傂偷?，它的硬度和金剛石不相上下，而耐熱性比金剛石好，是新型耐高溫的超硬材料，用于制作鉆頭、磨具和切割工具。

氮化硼作為一種性能優(yōu)異且有很大發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞沾刹牧希舶ㄎ宸N異構(gòu)體，分別為六方氮化硼（h – BN）、立方氮化硼（c – BN）、纖鋅礦氮化硼（w – BN）、菱方氮化硼（r- BN）和斜方氮化硼（o – BN）。

氮化硼陶瓷的特性：優(yōu)異的機(jī)械加工性；潤(rùn)滑性；高電阻率；低密度（密度范圍為 2.1 至 3.5 g/cm 3）；高導(dǎo)熱性；（具有出色的導(dǎo)熱性，在使用中的熱循環(huán)行為非常低）；各向異性（不同平面的熱導(dǎo)率相對(duì)于壓制方向不同）；耐腐蝕，良好的化學(xué)惰性；（氮化硼不溶于普通酸）

耐高溫；（氮化硼的熔點(diǎn)為 2,973°C）不潤(rùn)濕；（作為熔融玻璃和金屬的陶瓷坩堝）高介電擊穿強(qiáng)度；（>40 KV/mm）低介電常數(shù)。（k=4）

（1）熱性能：氮化硼制品可以在1000℃左右的氧化氣氛中和近3000℃的惰性氣氛中使用。這一性質(zhì)比莫來石、氧化鋁和碳化硅耐火度高的耐火材料。同時(shí)耐熱沖擊性大，在1500℃的急冷急熱環(huán)境下也不會(huì)產(chǎn)生破裂。

（2）化學(xué)穩(wěn)定性：同絕大多數(shù)金屬如溶液鐵、鋁、銅、硅、砷化鉀、黃銅和冰晶石等均不起作用，礦渣玻璃亦是如此，因此氮化硼材料制成的容器可以作為上述物質(zhì)的器皿。但是一般含有B2O3的具有吸濕性，這使得產(chǎn)品使用過程中急速加熱會(huì)把吸進(jìn)的水滲出來，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋，改善這一缺點(diǎn)的有效措施之一可以摻加一些結(jié)合劑。

（3）電性能：由于BN制品介電常數(shù)和介電損失都小，可以廣泛地用于高頻范圍和低頻范圍內(nèi)。它的介電強(qiáng)度是氧化鋁的4.5倍，介電常數(shù)是氧化鋁的二分之一，電性能同石墨相差很大，同氧化物陶瓷一樣在高溫下無導(dǎo)電性，是一種可以在較大溫度范圍內(nèi)使用的電絕緣材料。

（4）機(jī)械加工性能：BN陶瓷莫氏硬度為二?？稍谲嚧?、銑床等加工設(shè)備上加工；也可加工成薄片和螺旋體及各種形狀復(fù)雜的零件。BN的機(jī)械強(qiáng)度低，雖在室溫下比石墨優(yōu)越，但較氧化物陶瓷脆性高。

（5）潤(rùn)滑性：BN粉末為六方晶系品體，是一種白色薄片狀的微細(xì)材料，同石墨類似，俗稱白石墨，潤(rùn)滑優(yōu)良。

（6）輕質(zhì)：BN是陶瓷材料中重量較小的材料。

• 對(duì)中子吸收的性質(zhì)：BN對(duì)中子吸收斷面大。

目前對(duì)BN的研究主要集中在對(duì)其六方相（h – BN）和立方相（c – BN）上的研究。前者具有潤(rùn)滑性、導(dǎo)熱性和良好的高溫性能。后者在常溫常壓下也處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。h – BN 的主要應(yīng)用領(lǐng)域還是作為合成立方氮化硼的原料。

 

六方氮化硼的應(yīng)用

六方氮化硼是一種耐高溫、耐腐蝕、高導(dǎo)熱率、高絕緣性以及潤(rùn)滑性能優(yōu)良的材料，目前的情況來看簡(jiǎn)化工藝、降低生產(chǎn)成本、提高元件的使用壽命是這類材料目前比較活躍的研究方向。

①利用六方氮化硼優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，可用作熔煉蒸發(fā)金屬的坩堝、舟皿、液態(tài)金屬輸送管、火箭噴口、大功率器件底座、熔化金屬的管道、泵零件、鑄鋼的模具等。

②利用六方氮化硼的耐熱耐蝕性，可以制造高溫構(gòu)件、火箭燃燒室內(nèi)襯、宇宙飛船的熱屏蔽、磁流件發(fā)電機(jī)的耐蝕件等。

③利用六方氮化硼的絕緣性，廣泛應(yīng)用于高壓高頻電及等離子弧的絕緣體以及各種加熱器的絕緣子，加熱管套管和高溫、高頻、高壓絕緣散熱部件，高頻應(yīng)用電爐的材料。

④利用六方氮化硼的潤(rùn)滑性，氮化硼作為潤(rùn)滑劑使用時(shí)，它可以分散在耐熱潤(rùn)滑脂、水或溶劑中；噴涂在摩擦表面上，待溶劑揮發(fā)而形成干模；填充在樹脂、陶瓷、金屬表面層作為耐高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料。氮化硼懸浮油呈白色或黃色，因而在紡織機(jī)械上不污染纖維制品，可大量用在合成纖維紡織機(jī)械潤(rùn)滑上。

⑤六方氮化硼還可用作各種材料的添加劑。由氮化硼加工制成的氮化硼纖維，為中模數(shù)高功能纖維，是一種無機(jī)合成工程材料，可廣泛用于化學(xué)工業(yè)、紡織工業(yè)、宇航技術(shù)和其他尖端工業(yè)部門。

 

立方氮化硼的應(yīng)用：

(1）用作磨具材料：小顆粒的 cBN 單晶可以用作磨具材料。cBN 磨具是借助于結(jié)合劑的作用將 cBN 磨粒粘結(jié)成具有一定幾何形狀的制品作為一種超硬材料磨具。

cBN 磨具對(duì)于黑色金屬，特別是硬度高、韌性大、高溫時(shí)強(qiáng)度高和熱傳導(dǎo)率低的材料，具有良好的磨削性能，其金屬磨除率是金剛石的10倍，解決了硬而韌難磨材料的加工問題。

立方氮化硼磨具用于高速高效磨削和珩磨加工，可使磨削效率大大提高；其磨削精度高，砂輪壽命長(zhǎng)，節(jié)約了砂輪更換修整、機(jī)床調(diào)整和工件檢測(cè)等許多輔助時(shí)間。

• 用作刀具材料：PcBN 克服了 cBN 單晶易解理和各向異性等不足，主要用于制作刀具材料。PcBN 刀具特別適合于高速切削加工，也可以高精密切削，已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，適合高硬度材料的切削加工，特別適合加工以前只能磨削加工的高硬度難加工材料，實(shí)現(xiàn)以車代磨、以銑代磨，能獲得較好的工件表面質(zhì)量，可以省去退火工序，大幅度提高生產(chǎn)效率。

 

應(yīng)用:

氮化硼可用于制造熔煉半導(dǎo)體的坩堝及冶金用高溫容器、半導(dǎo)體散熱絕緣零件、高溫軸承、熱電偶套管及玻璃成形模具等。用于高溫爐的承插板；熔融玻璃和金屬坩堝；用于高溫和高壓的電絕緣體；等離子室襯里和配件；用于有色金屬和合金的噴嘴；熱電偶保護(hù)管和護(hù)套；激光支架；等離子弧焊設(shè)備、擴(kuò)散源晶片以及半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)設(shè)備和加工設(shè)備；大功率電子應(yīng)用中作為散熱器。

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