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六方氮化硼的性质与应用

2021-11-25  来自: 辽宁硼达科技有限公司 浏览次数:2

六方氮化硼(h-BN)陶瓷是一种有着巨大发展潜力的高温结构陶瓷材料,具有类似石墨结层状结构的新材料,象牙白色,俗称“白石墨”,其无明显溶点,在高温下无软化现象,耐强酸强碱腐蚀。

六方氮化硼的结构

h-BN与石墨晶体结构相似,每一层都是B、N原子交替排列成的六元环状网络,这些六元环原子层延c轴方向按照ABABAB方式排列,层内原子通过共价键相结合,结合力强,要到3000℃以上才会断裂分解。

层与层之间由异层的B、N原子通过范德华力相连接,结合力较弱,层间距离较大,层与层之间容易滑动。所以h-BN层内B、N原子间距为0.1446nm,层间原子间距为0.335nm,具有明显的各向异性。

六方氮化硼的性质

【h-BN陶瓷的热学性能】

六方氮化硼

h-BN陶瓷具有优异的耐热性能,在一个大气压的氮气气氛下,会在3000℃下升华,在其他惰性气氛中的最高许用温度也可达2800℃;而在中性与还原气氛中,也可耐2000℃左右的高温;虽然h-BN在空气气氛下易被氧化,但其在900℃下抗氧化性良好,因而在空气气氛中的使用温度也可达900℃。

h-BN具有优异的单向导热性能,常温下h-BN陶瓷平行方向的热导率可达60W/(nvK)。且其热导率随温度的升高下降的趋势较弱,在500℃以上时,热导率高于BeO,在陶瓷材料中高居前一位。

h-BN陶瓷的热膨胀系数较低,仅高于石英玻璃,在陶瓷中属于较低的一类,其抗热震性能良好,其热压制品在1200℃高温下空冷至室温的条件,循环上百次样品也不会开裂。

【h-BN陶瓷的电学性能】

h-BN结构中无自由电子,有良好的电绝缘性,高温绝缘的理想材料之一。室温下其击穿电压是氧化铝陶瓷的2倍,介电损耗较低,可透红外线与微波。

【h-BN陶瓷的耐腐蚀性】

h-BN陶瓷化学性质十分稳定,与大多数的熔融金属、玻璃和盐既不润湿也不反应,有较强的抗酸、碱、熔融金属和玻璃熔渣侵蚀能力。

【h-BN陶瓷的机械性能】

h-BN陶瓷其莫氏硬度为2,质软,截面之间的摩擦系数y很低,仅为0.16。具有明显的各向异性,可以像石墨一样通过车削加工设备进行机加工,其加工精度可达0.01。

六方氮化硼的应用

氮化硼耐高温且电绝缘性能,广泛应用于火箭燃烧室的衬里、高温热电偶保护套、高频高压焊接工具的高温绝缘部件、多种加热器的衬套、宇宙飞船的热屏蔽材料等。

利用h-BN的化学稳定性好、热导率高、抗热震等特性,在冶金工业中可以作熔炼稀有金属、贵金属的坩埚;可以用作非晶材料的陶瓷喷嘴;用作耐火材料、散热片、换热器等部件;在制造薄膜电容时,用h-BN作为熔融铝的蒸发装置,可以收到高质高产的效果。

氮化硼坩埚

在电子工业中,h-BN制品可用作各种半导体封装散热底板及移相器的散热棒、行波管收集极的散热管等;利用h-BN陶瓷对微波透过性好,可以作为国防工业中雷达的窗口材料或与吸波材料相复合制作隐身材料;利用h-BN陶瓷较强的中子吸收特性,可以在原子能工业中,作为原子堆的屏蔽材料等。

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