Как новый керамический материал с превосходными свойствами и большим потенциалом развития, нитрид бора включает пять изомеров: гексагональный нитрид бора (H - BN), кубический нитрид бора (C - BN), нитрид бора вюрцита (W - BN), ромбический нитрид бора (R - BN) и орторомбический нитрид бора (o - BN).
Рисунок 1 Порошок нитрида бора
Порошок нитрида бора обладает свойствами рыхлости, смазки, легкого веса и легкого поглощения влаги. Его цвет белый, а изделия — цвета слоновой кости.
История развития нитрида бора в стране и за рубежом:
Керамика из нитрида бора (BN) была впервые открыта в 1842 году. Зарубежные исследования материалов BN начались после окончания Второй мировой войны, но официально они получили развитие только в 1955 году, когда исследователи изобрели метод горячего прессования BN. С тех пор американская алмазная компания и United carbon Company впервые начали производство, и в 1960 году было произведено более 10 тонн; Япония начала ежегодно импортировать большое количество продуктов BN из США. С тех пор три японские компании также в течение нескольких лет проводили исследования, которые в начале 1969 года были успешно произведены в опытном режиме и введены в эксплуатацию в 1970 году. На внутреннем рынке Китай начал изучать порошок BN в 1963 году. Он был успешно разработан в 1966 году, запущен в производство и применен в промышленности и передовых технологиях Китая в 1967 году.
Физические и химические свойства керамики из нитрида бора
(1) Тепловые характеристики: продукты нитрида бора можно использовать в окислительной атмосфере около 1000 ℃ и инертной атмосфере около 3000 ℃. Это свойство выше, чем у муллита, оксида алюминия и карбида кремния. В то же время он обладает высокой термостойкостью и ударопрочностью и не трескается в условиях быстрого охлаждения и нагрева до 1500 ℃.
(2) Химическая стабильность: с подавляющим большинством металлов, таких как растворное железо, алюминий, медь, кремний, арсенид калия, латунь и криолит, оно не работает, как и шлаковое стекло. Поэтому контейнер из нитрида бора можно использовать в качестве резервуара для вышеуказанных веществ. Однако продукты, содержащие B2O3, обычно обладают гигроскопичностью, поэтому быстрое нагревание продукта в процессе использования приводит к проникновению в поглощенную воду и образованию трещин. Одной из эффективных мер по устранению этого недостатка может быть добавление некоторых связующих веществ.
(3) Электрические свойства: поскольку диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери продуктов BN невелики, их можно широко использовать в диапазоне высоких и низких частот. Его диэлектрическая прочность в 4,5 раза выше, чем у оксида алюминия, а диэлектрическая проницаемость вдвое меньше, чем у оксида алюминия. Его электрические свойства сильно отличаются от свойств графита. Как и оксидная керамика, он не имеет проводимости при высокой температуре. Это электроизоляционный материал, который можно использовать в большом диапазоне температур.
(4) Обрабатываемость: твердость керамики BN по шкале Мооса составляет 2. Его можно обрабатывать на токарных станках, фрезерных станках и другом технологическом оборудовании; Его также можно обрабатывать в тонкие листы, спиральные тела и различные детали сложной формы. BN обладает низкой механической прочностью. Хотя при комнатной температуре он превосходит графит, он более хрупкий, чем оксидная керамика.
(5) Смазывающая способность: порошок BN представляет собой гексагональную кристаллическую систему. Это своего рода мелкодисперсный материал с белыми хлопьями, похожий на графит. Он широко известен как белый графит и обладает отличной смазкой.
(6) Легкий вес: BN - это материал с меньшим весом в керамических материалах.
(7) Природа поглощения нейтронов: BN имеет большую секцию поглощения нейтронов.
2 примера применения керамики из нитрида бора
В настоящее время исследования BN в основном сосредоточены на его гексагональной фазе (H - BN) и кубической фазе (C - BN). Первый обладает смазывающей способностью, теплопроводностью и хорошими характеристиками при высоких температурах. Последний также находится в термодинамическом равновесии при комнатной температуре и давлении. Основная область применения H-BN заключается в качестве сырья для синтеза кубического нитрида бора.
(1) Применение гексагонального нитрида бора
Гексагональный нитрид бора представляет собой материал с высокой термостойкостью, коррозионной стойкостью, высокой теплопроводностью, высокой изоляцией и отличными смазочными характеристиками. В настоящее время упрощение процесса, снижение стоимости производства и повышение срока службы компонентов являются активными направлениями исследований этого вида материалов.
① Благодаря превосходной химической стабильности гексагонального нитрида бора его можно использовать в качестве тигля для плавления и испарения металла, тарелки для лодок, трубы для подачи жидкого металла, сопла ракеты, основания мощного устройства, трубы для плавления металла, деталей насосов, формы из литой стали и т. д.
② Термостойкость и коррозионная стойкость гексагонального нитрида бора могут быть использованы для изготовления высокотемпературных компонентов, футеровки камеры сгорания ракеты, теплового экрана космического аппарата, коррозионностойких деталей генератора магнитного тока и так далее.
③ Используя изоляцию из гексагонального нитрида бора, он широко используется в изоляторах высоковольтного и высокочастотного электричества и плазменной дуги, а также в изоляторах различных нагревателей, гильзах отопительных труб, высокотемпературной, высокочастотной и высоковольтной изоляции и компонентах теплоотвода, а также в материалах высокочастотных электропечей.
Рисунок 2 Изоляционная керамика из нитрида бора высокой чистоты для электропечи ④ Используя смазывающую способность гексагонального нитрида бора, когда нитрид бора используется в качестве смазки, его можно диспергировать в термостойкой смазке, воде или растворителе; распылить на поверхность трения и после испарения растворителя образовать сухую форму; его заполняют поверхностным слоем смолы, керамики и металла в виде жаростойкого самосмазывающегося композита. Суспензионное масло из нитрида бора имеет белый или желтый цвет, поэтому оно не загрязняет волокнистые изделия в текстильном оборудовании и может широко использоваться для смазки текстильного оборудования из синтетических волокон. ⑤ Гексагональный нитрид бора также можно использовать в качестве добавки к различным материалам. Волокно нитрида бора, полученное из нитрида бора, представляет собой высокофункциональное волокно со средним модулем упругости. Это неорганический синтетический конструкционный материал, который может широко использоваться в химической промышленности, текстильной промышленности, аэрокосмических технологиях и других передовых промышленных отраслях. (2) Применение кубического нитрида бора: (1) В качестве абразивного материала: монокристалл CBN с мелкими частицами может использоваться в качестве абразивного материала. Абразивный инструмент CBN - это своего рода абразивный инструмент из сверхтвердых материалов, который с помощью связующего связующего связывает абразивные частицы CBN в изделия с определенной геометрией. Абразивы CBN обладают хорошими характеристиками шлифования черных металлов, особенно материалов с высокой твердостью, высокой вязкостью, высокой прочностью при высокой температуре и низкой теплопроводностью. Скорость шлифования металла в 10 раз выше, чем у алмаза, что решает проблему обработки твердых, прочных и твердых шлифовальных материалов. Шлифовальный инструмент из кубического нитрида бора используется для высокоскоростного и эффективного шлифования и хонингования, что может значительно повысить эффективность шлифования; Он обладает высокой точностью шлифования и длительным сроком службы шлифовального круга, что экономит много вспомогательного времени, такого как замена и обработка шлифовального круга, регулировка станка и обнаружение заготовок. (2) В качестве инструментального материала: PCBN преодолевает недостатки легкого расщепления и анизотропии монокристалла CBN и в основном используется для изготовления инструментальных материалов. Режущий инструмент PCBN особенно подходит для высокоскоростной резки и высокоточной резки. Он широко используется в станках с ЧПУ. Он подходит для резки материалов с высокой твердостью, особенно для обработки материалов высокой твердости и труднообрабатываемых материалов, которые ранее можно было шлифовать только. Он может выполнять токарную обработку вместо шлифования и фрезерования вместо шлифования, что позволяет улучшить качество поверхности заготовки и исключить процесс отжига, что значительно повышает эффективность производства.