Нитрид бора

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 технико-эксплуатационные характеристики, однако все они активно применяются в таких областях, как электровакуумное и полупроводниковое приборостроение, создание высокотемпературных смазочных материалов, электро- и теплоизоляторов, а также синтез сверхтвердых веществ.

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.

 

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 физико-химические параметры нитрида бора определили и сферу его применения. Это вещество широко используется в разного рода реакциях промышленного синтеза, при вторичной переработке нефти, производстве полупроводников и высокочистых металлов, а также для создания огнеупорных материалов. Кроме того, нитрид бора служит для производства твердой смазки, высокотемпературных антипригарных и антикоррозийных покрытий, высокотемпературной керамики и авиационных компаундов. А благодаря своим уникальным электро- и теплоизоляционным свойствам нитрид бора является единственным подобным материалом, используемым в электронных приборах спецназначения.

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.