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.
| Характеристика |
ТУ
2155-313-05808008-00 |
ТУ
6-00-05808008-285-93 |
ТУ У 26.8-00222226-007-2003 |
ТУ 2112-003-49534204-2002 |
Марка
«Гексагональный» |
Марка «ГМ» |
Марка «ГК» |
Марка «А» |
Марка «B» |
Марка «C» |
| Бора нитрид(BN), min,% |
98,50 |
99,00 |
97,40 |
97,80 |
98,00 |
— |
98,00 |
98,00 |
| Иные примеси |
— |
содержание железа – max 0,1% |
бора карбид (В4С) –
max 1,5% |
— |
бора карбид (В4С) –
max 0,3% |
— |
— |
— |
| Бора оксид (B2O3), max,% |
0,200 |
0,200 |
0,200 |
0,300 |
0,200 |
0,500 |
0,300 |
0,200 |
| Плотность |
0,270–0,370г/см3 |
— |
min 0,33г/см3 |
0,270–0,370г/см3 |
min 0,33г/см3 |
0,200–0,320г/см3 |
0,270–0,370г/см3 |
0,330–0,450г/см3 |
| Индекс графитации |
— |
— |
— |
1,80-2,50 |
max 1,5 |
— |
1,80-2,50 |
— |
| Углерод (С), max, % |
— |
— |
— |
— |
— |
0,380 |
0,350 |
0,350 |
| Бор общий (B общ.), min, % |
— |
— |
— |
— |
— |
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 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.
