特陶之家tetaohome知識點名稱：氮化硼陶瓷
關鍵詞：氮化硼,BN,Boron nitride ceramic
相關概念和介紹：
氮化硼晶體屬六方晶系，結構與石墨相似，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、導熱性、高溫介電強度，是理想的散熱材料和高溫絕緣材料。氮化硼的化學穩(wěn)定性好，能抵抗大部分熔融金屬的浸蝕。它也有很好的自潤滑性。氮化硼制品的硬度低，可進行機械加工。通常制得的氮化硼是石墨型結構，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?，石墨型氮化硼在高溫?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?，共包括五種異構體，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)異的機械加工性；潤滑性；高電阻率；低密度（密度范圍為 2.1 至 3.5 g/cm 3）；高導熱性；（具有出色的導熱性，在使用中的熱循環(huán)行為非常低）；各向異性（不同平面的熱導率相對于壓制方向不同）；耐腐蝕，良好的化學惰性；（氮化硼不溶于普通酸）
耐高溫；（氮化硼的熔點為 2,973°C）不潤濕；（作為熔融玻璃和金屬的陶瓷坩堝）高介電擊穿強度；（>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。同時耐熱沖擊性大，在1500℃的急冷急熱環(huán)境下也不會產(chǎn)生破裂。
（2）化學穩(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把吸進的水滲出來，進而產(chǎn)生裂紋，改善這一缺點的有效措施之一可以摻加一些結合劑。
（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）機械加工性能：BN陶瓷莫氏硬度為二?？稍谲嚧?、銑床等加工設備上加工；也可加工成薄片和螺旋體及各種形狀復雜的零件。BN的機械強度低，雖在室溫下比石墨優(yōu)越，但較氧化物陶瓷脆性高。
（5）潤滑性：BN粉末為六方晶系品體，是一種白色薄片狀的微細材料，同石墨類似，俗稱白石墨，潤滑優(yōu)良。
（6）輕質(zhì)：BN是陶瓷材料中重量較小的材料。
- 對中子吸收的性質(zhì)：BN對中子吸收斷面大。
目前對BN的研究主要集中在對其六方相（h – BN）和立方相（c – BN）上的研究。前者具有潤滑性、導熱性和良好的高溫性能。后者在常溫常壓下也處于熱力學平衡狀態(tài)。h – BN 的主要應用領域還是作為合成立方氮化硼的原料。
六方氮化硼的應用
六方氮化硼是一種耐高溫、耐腐蝕、高導熱率、高絕緣性以及潤滑性能優(yōu)良的材料，目前的情況來看簡化工藝、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，可以制造高溫構件、火箭燃燒室內(nèi)襯、宇宙飛船的熱屏蔽、磁流件發(fā)電機的耐蝕件等。
③利用六方氮化硼的絕緣性，廣泛應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，高頻應用電爐的材料。
④利用六方氮化硼的潤滑性，氮化硼作為潤滑劑使用時，它可以分散在耐熱潤滑脂、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滑復合材料。氮化硼懸浮油呈白色或黃色，因而在紡織機械上不污染纖維制品，可大量用在合成纖維紡織機械潤滑上。
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，是一種無機合成工程材料，可廣泛用于化學工業(yè)、紡織工業(yè)、宇航技術和其他尖端工業(yè)部門。
立方氮化硼的應用：
(1）用作磨具材料：小顆粒的 cBN 單晶可以用作磨具材料。cBN 磨具是借助于結合劑的作用將 cBN 磨粒粘結成具有一定幾何形狀的制品作為一種超硬材料磨具。
cBN 磨具對于黑色金屬，特別是硬度高、韌性大、高溫時強度高和熱傳導率低的材料，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，節(jié)約了砂輪更換修整、機床調(diào)整和工件檢測等許多輔助時間。
- 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，已廣泛應用于數(shù)控機床，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。
應用:
氮化硼可用于制造熔煉半導體的坩堝及冶金用高溫容器、半導體散熱絕緣零件、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；熱電偶保護管和護套；激光支架；等離子弧焊設備、擴散源晶片以及半導體晶體生長設備和加工設備；大功率電子應用中作為散熱器。
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