氮化硼文獻(xiàn)綜述

1、氮化硼文獻(xiàn)綜述氮化硼問世于20世紀(jì)初期，是一種由氮原子和硼原子構(gòu)成的原子晶體，與C2是等電子體, 因此與碳單質(zhì)具有相似的晶體結(jié)構(gòu)。氮化硼晶體結(jié)構(gòu)有五種異構(gòu)體，分別是六方氮化硼（h- BN）,纖鋅礦氮化硼（W-BN）,三方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼（C-BN）和斜方氮化硼（。- BN）O我國目前對氮化硼的研究主要集中在對六方氮化硼（H-BN）和立方氮化硼（C-BN）的 研究上。六方氮化硼類似于石墨，最早的應(yīng)用是作為高溫潤滑劑，因其性能、結(jié)構(gòu)與石墨晶 體高度相似，又被稱為“白石墨”；立方氮化硼類似于金剛石，上世紀(jì)50年代首先由美國 通用電氣（GE）公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度

2、僅次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于其它材料，因此它與金剛石統(tǒng)稱為超硬材料。廣泛應(yīng)用于鋸切工具、磨削工具、鉆進(jìn)工具 和切削刀具。結(jié)合我們研究所的實(shí)際設(shè)備情況，有能力合成的只有六方氮化硼。1市場前景及用量國內(nèi)權(quán)威的市場調(diào)查、行業(yè)分析專家智研咨詢關(guān)于氮化硼市場的統(tǒng)計(jì)顯示，我國氮化硼產(chǎn)量從2010年515噸增長到2017年1087噸，呈現(xiàn)逐年遞增 的趨勢。具體的市場前景及用量,這個(gè)需要較大的工作量及一定的市場分析、 解讀能力才能完成。就U前了解的情況來看，國內(nèi)有很多專業(yè)生產(chǎn)硼類精細(xì) 化工品的廠家，他們設(shè)備專業(yè)，產(chǎn)能巨大，經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)先，在這個(gè)行業(yè)他們領(lǐng)先 了我們很大一段距離。2. 使用方向由于六方氮化硼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使

3、其具有很多優(yōu)異的特性。在物理性質(zhì)方 面，其具有高導(dǎo)熱性、高耐熱性、潤滑性、摩擦系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)低、介 電性質(zhì)優(yōu)異、可加工性強(qiáng)等。在化學(xué)化學(xué)性質(zhì)方面，其具有抗氧化性強(qiáng)、抗 腐蝕性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。根據(jù)以上性質(zhì)，六方氮化硼的主要用途有：耐火材料的表面涂料，高溫環(huán)境下的潤滑與脫模，熱壓氮化硼制品的原材料，立方氮化硼的原料（這兩個(gè)我們可以詳細(xì)研究一下），絕緣、導(dǎo)熱材料，化妝品（主要是口紅）。3. 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品型號含量三氧g3%水分超(D50)m面積m2g堆積密度 gcm3BN-B990.50.51-24.51.11BN-C99O.50.55-1010.60.35BN-E99<0.5<0.

4、53-512.2035BN-N990.50.510-2010.80.35BN-S990.50.520-405.70.42圖1遼濱精細(xì)化工六方氮化硼上圖是截選自遼宇營口遼濱精細(xì)化工六方氮化硼理化指標(biāo)，可以看出, 這五種型號的氮化硼主要是依靠粒度進(jìn)行了分類。圖2丹東HS級氮化硼«81B2O1(Dw)結(jié)½ttSffi (BET)HC99%0.4%0.S%9碩米0.3 gcm318 mHC-W993%0.1%0.4%9敘來6«OJ g<m318 m2g圖3丹東HN級氮化硼B(yǎng)2O3S5iS些 Krt派(D50)ItCISIffl (BET)99.4%0.05%0.4%

5、IOfft*Iomt0.3gcm310 m2g圖4丹東HC級氮化硼B(yǎng)a總氫含E半均獨(dú)股(DSO)結(jié)SKfiSS比宏Bl枳(MT)99%0.1%0.7%4M*Ifll*0.3 gcm316 m2g圖5丹東HF級氮化硼以上四圖是截選自丹東市化工研究所有限責(zé)任公司出售的氮化硼理化指 標(biāo)，可以看出，這四種型號的氮化硼分類的主要依據(jù)是粒度，具體的雜質(zhì)含 量也有所不同。CrySt alBN(%)B2 03 (% )C ( %)TOt al OX ygeIl(% )Si, Al, Ca(%)Cu, K,Fe,Na, Ni, Cr(%)D50CrVStValSiZeBET(m2/ g)TaP DenSit y

6、(gcm3)PN02HeXa gonal98<1.20.3<1.5<60pp in each<20pp m each2- 4 m<3m15-250.2-03PW08HeXa gonal99<0.50.05<0.8<30pp m each<10ppm each7-9m<3卩m6-160.3-0.5納米球HeXa gonal97<20.01<1.5<30pp In each<10pp m each100 m<10 m20-400.15表1淄博博拓化工氮化硼上表是截選自山東淄博博拓化工生產(chǎn)的氮化硼的理化指標(biāo)，可

7、以看出這 三種型號的氮化硼分類依據(jù)主要是粒度，具體的雜質(zhì)含量也有所不同。結(jié)合其他廠家，得出的結(jié)論是氮化硼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)主要是結(jié)晶度、粒度的 控制，相關(guān)雜質(zhì)元素比較重要的是氧含量以及水溶性氧化硼含量，其他雜質(zhì) 含量跟其他化工產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相差不大。在查閱其他廠家生產(chǎn)的氮化硼理 化指標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)他們生產(chǎn)的氮化硼型號分類依據(jù)全部是粒度。4. 工藝合成路線六方氮化硼的工藝合成方法非常多，但就其原理，均為將硼源（含硼化 合物如硼砂、硼酸、元素硼等）與氮源（含氮化合物如氨、尿素、三聚氛胺 等）一起加熱反應(yīng)精制而成。下面介紹兒種典型的氮化硼合成方式。4.1硼砂尿素（氯化鍍）法硼砂尿素（氯化鞍）法是將無水硼砂和尿素混

8、合后在氨氣流中加熱反應(yīng)而制得氮化硼粉。此方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，但在反應(yīng)過 程中經(jīng)常出現(xiàn)玻璃相使產(chǎn)量明顯降低，且后處理困難，故需進(jìn)一步研究其反 應(yīng)機(jī)理并改進(jìn)合成工藝。硼砂尿素法是制備hBN粉的傳統(tǒng)方法，生產(chǎn)成本 較低，投資少，工藝簡單，適合工業(yè)生產(chǎn)，但是在反應(yīng)過程中原料的反應(yīng)不 完全或生成含C的副產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致Il-BN含量不高，合成得到的氮化硼的純度不高，粒度均勻性差。4.2水（溶劑）熱合成法水（溶劑）熱合成法是在高壓釜里，采用水（或有機(jī)溶劑）作為反應(yīng)介 質(zhì)，通過對高壓釜加熱，創(chuàng)造一個(gè)高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶 的物質(zhì)溶解并反應(yīng)生成新的晶體。水熱法通常用于合成氧化物或金屬

9、單質(zhì)超細(xì) 粉，在制備非氧化物超細(xì)粉方面的研究尚處于起步階段。選用合適的硼、氮源 （如硼酸錢、三聚氤胺）對于提高h(yuǎn)BN含量有重要的影響，以水為溶劑比較 環(huán)保，但需要較高的溫度，而有機(jī)溶劑可將反應(yīng)溫度顯著降低。水熱法的工藝 條件相對容易控制，產(chǎn)物粒度可達(dá)到納米級，均勻性和球形度良好，但產(chǎn)率普 遍偏低。4.3化學(xué)氣相沉積法（CVD）CVD法制備hBN粉一般采用熱壁式反應(yīng)器，將含B、N的氣態(tài)原料通 過載氣導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，在高溫下氣態(tài)原料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成BN 粉，其中硼源普遍釆用BF3、BCI3、BBi?或B2H6等含硼的化合物，氮源一 般是NH3或N2。CVD法制備的hBN粉末純度和球形度都較高，但在制備 過程中需要對多種因素進(jìn)行精確控制。4.4自蔓