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六方氮化硼(白石墨)为松散、润滑、易吸潮的白色粉末,真密度2.27/cm3,莫氏硬度为2,机械强度低,但比石墨高(见表1)。无明显熔点,在0.1Mpa氮气中于3000℃升华。在氮或氩气中的最高使用温度2000℃,在氧气气氛中的稳定性较差,使用温度1000℃以下。
六方氮化硼 膨胀系数低,导热率高,所以抗热震性优良,在1200~20℃循环百次也不破坏。表2为BN和几种膨胀系数陶瓷性能的比较。从表中看出,BN的膨胀系数相当于石英,但导热率却为石英的10倍。
六方氮化硼属六方晶系,具有类似石墨的层次结构,故有白石墨之称。其晶体结构和石墨结构的对比示如表3 ,每一层有B、N 原子相间排列成六角环状网络。层内原子之间呈很强的共价结合,所以结构紧密。层间为分子健结合,结合弱,故容易削弱。层内B —N 原子间距为0.142nm, 弹性模量E 为910Gpa ,而层间原子间距为0.335nm 弹性模量只有30 Gpa BN 与石墨不仅结构一致,而且晶格常数十分相似。
表1 BN陶瓷的机械强度及其与石墨和Al2O3的对比。
(体参数详见迈特科创新材料有限公司热压氮化硼系列陶瓷技术指标)
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氮 化 硼 |
石墨 |
Al2O3 |
平行方向 |
垂直方向 |
| 抗压强度( Mpa ) |
315 |
283 |
35~80 |
1200~1900 |
抗弯强度( Mpa ) |
60~80 |
40~50 |
15~25 |
220~350 |
表 2 BN 和其他材料的热性能
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BN |
BeO |
Al2O3 |
滑石瓷 |
ZrO2 |
石英玻璃 |
氟树脂 |
最高使用温度
( ℃ ) |
1000( 空气 )
2800( 氩气 ) |
2000 |
1750 |
1100 |
2000 |
130 |
25 |
导热系数
( W /m. k ) |
25.1 |
255.1 |
25.1 |
2.51 |
2.09 |
1.67~4.19 |
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膨胀系数
( *10-6/ ℃ ) |
0.7( ⊥ )
7.5( ‖ ) |
7.8 |
8.6 |
8.7 |
10.0 |
6.5 |
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表 3 BN 和石墨的晶体结构
六方氮化硼是热的良导体,又是典型的电绝缘体。常温电阻率可达1016~1018 即使在1000℃,电阻率仍有104~106Ω .cm 。 BN 的介电常数3~5 ,介质损耗为( 2~8 ) *10-4 ,击穿强度为Al2O3 的两倍,达30~40 Kv/mm.
六方氮化硼具有良好的润滑性,抗氧化性,抗腐蚀性,绝缘性,导热性和化学稳定性。可以用于制造TiB2 /BN复合陶瓷,还可以用于高级耐火材料和超硬材料,水平连轧钢的分离环,用于耐高温润滑剂和高温涂料同时还是合成立方氮化硼的原料。
六方氮化硼有优良的化学稳定性。对大多数金属熔体,如钢、不锈钢、Al、Fe、Ge、Bi、Si、Cu、Sb、Sn、In、Cd、Ni、Zn等既不润湿又不发生作用。因此,可用作高温电偶保护套,熔化金属的坩埚、器皿、输送液体金属的管道、泵零件、铸钢的磨具以及高温电绝缘材料等。利用BN的耐热耐蚀性,可以制造高温构件、火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流件发电机的耐蚀件等。
利用六方氮化硼的耐热耐蚀性,可以制造高温构件、火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流件发电机的耐蚀件等。
利用六方氮化硼的绝缘性,可以用作加热器的绝缘子,加热管套管和高温、高频、高压绝缘散热部件。
在电子工业中,用作制备砷化镓、磷化镓、磷化铟的坩埚,半导体分装散热底板、移相器的散热棒,行波管收集极的散热管,半导体和集成电极的P型扩散源和微波窗口。
在原子反应堆中,用作中子吸收材料和屏蔽材料。还可用作红外、微波偏振器,红外线滤光片,激光仪的光路通道,超高压压力传递材料等。
六方氮化硼还是十分优异的高温润滑剂和金属成型脱膜剂,可以作为自润滑轴承的部分。
具体用途如下:
1. 塑料树脂等聚合物的添加剂,可增加这些材料的强度及耐热、耐腐、耐幅射等性能。
2. 可用为抗氧化、抗水的润滑脂。
3. 有机物脱氢、合成橡胶及铂重整经程的催化剂。
4. 晶体管的热封干热剂。
5. 铝蒸发容器材料。
6. 氮化硼和钛热压成型,即二硼化钛、氮化钛和氮化硼的混合物,具有很高的耐温及抗氧化、抗冲刷性能。
7. 可用作固体润滑剂及耐磨材料。
8. 用作特殊电解、电阻材料,可在高温下使用。
9. 苯的吸附剂。
10.氮化硼粉末压制成材料,并可加工成各种形状,用于不同目的。
11.在触媒参与下,高温高压处理,转变为立方氮化硼。 |
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