一文了解 氮化硼陶瓷（BN）材料

在100多年前，氮化硼在貝爾曼的實(shí)驗(yàn)室首次被發(fā)現(xiàn)，該材料得到較大規(guī)模發(fā)展是在20世紀(jì)50年代后期。

氮化硼（BN）是一種性能優(yōu)異并有很大發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞沾刹牧?，包?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（o-BN）。

廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、電子、核能和航空航天領(lǐng)域。

1. 氮化硼簡介

氮化硼是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的晶體，分子式為BN，分子量24.81。化學(xué)組成為43.6%的硼和56.4%的氮，理論密度2.27g/cm3。

氮化硼粉末具有松散、潤滑、質(zhì)輕、易吸潮等性質(zhì)，顏色潔白。氮化硼制品呈象牙白色。目前對氮化硼的研究主要集中在對其六方相（H-BN）和立方相（C-BN）上的研究。

化硼的性能可以主要分為以下幾個方面：

在機(jī)械特性方面：擁有不磨蝕、低磨耗、尺寸安全性、潤滑性佳、耐火及易加工等優(yōu)點(diǎn)。

在電氣特性方面：擁有介電強(qiáng)度佳、低介電常數(shù)、高頻率下低損耗、可微波穿透、良好的電絕緣性等優(yōu)點(diǎn)。

在熱力特性方面：擁有高熱傳導(dǎo)、高熱容量、低熱膨脹、抗熱沖擊、高溫潤滑性及高溫安定性等優(yōu)點(diǎn)。

在化學(xué)特性方面：擁有無毒、化學(xué)安定性、抗腐蝕、抗氧化、低濕潤、生物安定性及不沾性等優(yōu)點(diǎn)。

2. 六方氮化硼

六方氮化硼（h-BN）是最普遍使用的氮化硼形態(tài)。h-BN的結(jié)構(gòu)與石墨類似，具有六方層狀結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.2504nm，c=0.6661nm，理論密度2.27g/cm3，熔點(diǎn)3000℃，質(zhì)地柔軟，可加工性強(qiáng)，并且顏色為白色，俗稱“白石墨”。

六方氮化硼（h-BN）具有優(yōu)良的電絕緣性、極好的化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的介電性能。

六方氮化硼的熱性能：無明顯熔點(diǎn)，在0.1MPA氮?dú)庵?000℃升華，在惰性氣體中熔點(diǎn)3000℃，在中性還原氣氛中，耐熱到2000℃，在氮?dú)夂蜌逯惺褂脺囟瓤蛇_(dá)2800℃，在氧氣氣氛中穩(wěn)定性較差，使用溫度1000℃以下。

六方氮化硼是陶瓷材料中導(dǎo)熱最大的材料之一，導(dǎo)熱率為石英的十倍，在垂直于c軸方向上有較高的熱導(dǎo)率60W/(m·K)；

低的熱膨脹系數(shù)，相當(dāng)于石英，是陶瓷中最小的，在c軸方向上的熱膨脹系數(shù)為41*10-6m/K，而在d軸方向上為2.3*10-6m/K，所以抗熱震性能很好。

六方氮化硼的機(jī)械性能：摩擦系數(shù)低至0.16，高溫下不增大，比二硫化鉬、石墨耐溫高，氧化氣氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。常溫下潤滑性能較差，故常與氟化石墨、石墨與二硫化鉬混合用作高溫潤滑劑。六方氮化硼是一種軟性材料，莫氏硬度僅為2。機(jī)械加工性好，可以車、銑、刨、鉆、磨、切，并且加工精度高，所以可用一般機(jī)械加工方法加工成精度很高的零部件制品。

六方氮化硼的電性能：六方氮化硼是熱的良導(dǎo)體，又是典型的電絕緣體。常溫電導(dǎo)率可達(dá)10^16~10^18Ω/cm，即使在1000℃，電阻率仍有1014~106Ω/cm。h-BN的介電常數(shù)3~5。介電損耗為（2~8）*10-4，擊穿強(qiáng)度為Al2O3的兩倍，達(dá)30~40kV/mm，因此是理想的高頻絕緣、高壓絕緣、高溫絕緣材料。

六方氮化硼的化學(xué)性能：HBN有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。與一般金屬、稀土金屬，貴重金屬，半導(dǎo)體材料，玻璃，熔鹽、無機(jī)酸、堿不反應(yīng)。對大多數(shù)金屬熔體，如鋼、不銹鋼、Al、Fe、Ge、Cu、Ni、Zn等既不潤濕又不發(fā)生作用。因此，可用作高溫?zé)犭娕急Ｗo(hù)套，熔化金屬的坩堝、器皿、輸送液體金屬的管道，泵零件、鑄鋼的模具以及高溫電絕緣材料等。