氮化硼檢視原始碼討論檢視歷史
| 氮化硼 | |
|---|---|
氮化硼，是由氮原子和硼原子所構成的晶體。化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮，具有四種不同的變體：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纖鋅礦氮化硼(WBN)。 其立方結晶的變體被認為是已知的最硬的物質。（其維氏硬度達到108 GPa，而合成鑽石的維氏硬度為100 GPa。）
基本信息
實驗室製造的w-氮化硼晶體
w-氮化硼的結構示意圖 [1] 中文名稱:氮化硼
英文名稱:Boron nitride
中文別名:白石墨;一氮化硼;氮化硼超微粉末;氮化硼棒 [2]
英文別名:Boronnitrideoffwhitepowder; Boron Nitride Rod; nitriloborane
CAS號:10043-11-5
分子式:BN
分子量:24.8177
MDL：MFCD00011317[1]
物性數據
1. 性狀：白色鬆散粉末。最常見為石墨晶格。有六方和立方兩種晶型。有一種一氮化硼立方結晶的變體被認為是已知的最硬的物質。也有無定形變體。
2. 密度（g/mL,25/4℃）： 2.26
3. 相對蒸汽密度（g/mL,空氣=1）：未確定
4. 熔點（ºC）： 3000
5. 沸點（ºC,常壓）：未確定
6. 沸點（ºC,5.2kPa）：未確定
7. 折射率：未確定
8. 閃點（ºC）：未確定
9. 比旋光度（º）：未確定
10. 自燃點或引燃溫度（ºC）：未確定
11. 蒸氣壓（kPa,25ºC）：未確定
12. 飽和蒸氣壓（kPa,60ºC）：未確定
13. 燃燒熱（KJ/mol）：未確定
14. 臨界溫度（ºC）：未確定
15. 臨界壓力（KPa）：未確定
16. 油水（辛醇/水）分配係數的對數值：未確定
17. 爆炸上限（%,V/V）：未確定
18. 爆炸下限（%,V/V）：未確定
19. 溶解性：具有抗化學侵蝕性質。不被無機酸和水侵蝕。在熱濃鹼中硼碳鍵被斷開。微溶於熱酸，不溶於冷水。
存儲方法
氮化硼貯存方法：應貯存在通風良好的乾燥庫房內，防止受潮。
氮化硼纖維貯存方法：貯存於通風良好、乾燥庫房內。空氣中允許氮化硼最高濃度為6mg/m3。
合成方法
1.三氯化硼氨氣氣相沉積法將製得的三氯化硼和氫氣一起同加熱到一定溫度的氨氣充分混合，在規定要求的反應溫度下於反應器中進行反應，然後再在較高的溫度下，在氨氣流中繼續加熱一定時間，製得氮化硼成品。其反應方程式如下：
2.硼砂氯化銨法 將硼砂在450℃和壓力79993 Pa下進行脫水，氯化銨預先在110～120℃下烘乾，分別粉碎到40目細度。按無水硼砂和氯化銨質量比為1：0.59進行配料，混合併加壓成型。然後，送人反應爐中，並通入過量的氨，在1050℃下進行反應，生成氮化硼粗晶，經粉碎、過篩、水洗、過濾、乾燥後，製得氮化硼成品。其反應方程式如下：
立方晶型氮化硼的製造，可用六方晶體做原料，加入鎂粉，在氫化鋰粉添加劑參加下，在高壓高溫下進行反應製得。
3.硼酸法由硼酸與磷酸三鈣等在氨氣中加熱製得。
氮化硼纖維製法：由氧化硼熔融紡絲得到三氧化二硼纖維，然後在350℃以上溫度下在氨氣中加熱形成硼胺，再於1800℃氨中進一步高溫燒結得到純纖維。若要得到複合纖維，則需以硼烷、氨、氯化硼為反應氣，在熾熱鎢絲上進行化學氣相沉積即可。或者首先合成硼氮環高分子，再於100℃左右對其進行熔融紡絲。紡絲後在氨氣中燒結，1000℃時纖維呈黑色，如果在氨氣中進一步燒結，溫度1200℃時為棕色，1400℃時為白色。
4.工業上較好的製法是用三氧化二硼或者硼酸鹽與含氮化合物進行反應(800～1200℃)。用這種方法製成的產品中，殘留有少量未反應原料。在實驗室中為得到少量純度高的氮化硼，可利用鹵化硼和氨反應來製取。
5.在不斷通入乾燥氫氣的過量液氨中，慢慢滴加BBr3(熔點-45℃)。將氨蒸發後，將白色殘渣(有吸濕性)在乾燥的氨氣流中慢慢地加熱到750℃，則製得白色氮化硼。或者，使BCl3(沸點12.7℃)和氫氣的混合氣與過量氨在600～1000℃下混合反應。產物再在氨氣流中於1000℃下加熱1h。
6.無機先軀體轉化法 將三氧化二硼熔融紡絲製成Ｂ２Ｏ３纖維，然後在350℃以上溫度下，用氨氣氮化，再進一步高溫燒結而得。該法不易製得連續纖維，其分散性較大。7.有機先軀體轉化法 可選的有機先軀體很多，如Ｂ．Ｂ．Ｂ三甲氨基環硼氮烷在10%的十二烷基胺存在下進行熱縮合，製得硼氮雜環大分子，在100℃左右進行熔融紡絲，在紡絲過程中，纖維表面由於輕微水解而不熔化，故可直接在氨氣中燒結到1000℃，有機基團分解，纖維呈黑色，如果在氨氣中進一步燒結，溫度1200℃時為棕色，1400時為白色。
主要用途
1.氮化硼具有多種優良性能，廣泛應用於高壓高頻電及等離子弧的絕緣體、自動焊接耐高溫架的塗層、高頻感應電爐的材料、半導體的固相摻和料、原子反應堆的結構材料、防止中子輻射的包裝材料、雷達的傳遞窗、雷達天線的介質和火箭發動機的組成物等。由於具有優良的潤滑性能，用作高溫潤滑劑和多種模型的脫模劑。模壓的氮化硼可製造耐高溫坩堝和其他製品。可作超硬材料，適用於地質勘探、石油鑽探的鑽頭和高速切削工具。也可用作金屬加工研磨材料，具有加工表面溫度低、部件表面缺陷少的特點。氮化硼還可用作各種材料的添加劑。由氮化硼加工製成的氮化硼纖維，為中模數高功能纖維，是一種無機合成工程材料，可廣泛使用於化學工業、紡織工業、宇航技術和其他尖端工業部門。2.氮化硼纖維用途：由於氮化硼熱穩定性和耐磨性好以及化學穩定性強，可用作溫度傳感器套，火箭、燃燒室內襯和等離子體噴射爐材料；用作陶瓷基複合材料的增強劑、導彈和飛行器的天線窗部件、電絕緣器、防護服、重返大氣層的降落傘以及火箭噴管鼻錐等材料；用於高溫潤滑劑、脫模劑、高頻絕緣材料和半導體的固相摻雜材料等。3.由於氮化硼熱穩定性和耐磨性好以及化學穩定性強，可用作溫度傳感器套，製造高溫物件，如火箭、燃燒室內襯和等離子體噴射爐材料。可作高溫潤滑劑、脫模劑、高頻絕緣材料和半導體的固相摻雜材料等。六方氮化硼轉化立方體，粉狀可轉化纖維狀，使其用途更加廣泛，可用作超硬材料，用於電絕緣器、天線窗、防護服、重返大氣層的降落傘以及火箭噴管鼻錐等。
安全信息
風險術語
R36/37:Irritating to eyes and respiratory system. 刺激眼睛和呼吸系統。
安全術語
S26:In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.不慎與眼睛接觸後，請立即用大量清水沖洗並徵求醫生意見。
S36:Wear suitable protective clothing. 穿戴適當的防護服。
系統編號
CAS號：10043-11-5
MDL號：MFCD00011317
EINECS號：233-136-6
RTECS號：ED7800000
PubChem號：24855457
毒理數據
急性毒性：大鼠經口LD50：>50 gm/kg；兔子經皮LD50： >20 mL/kg
化學數據
1、 疏水參數計算參考值（XlogP）：未確定
2、 氫鍵供體數量：0
3、 氫鍵受體數量：1
4、 可旋轉化學鍵數量：0
5、 拓撲分子極性表面積（TPSA）：23.8
6、 重原子數量： 2
7、 表面電荷：0
8、 複雜度：10
9、 同位素原子數量：0
10、 確定原子立構中心數量：0
11、 不確定原子立構中心數量：0
12、 確定化學鍵立構中心數量：0
13、 不確定化學鍵立構中心數量：0
14、 共價鍵單元數量：1
生態數據
通常對水體是稍微有害的，不要將未稀釋或大量產品接觸地下水，水道或污水系統，未經政府許可勿將材料排入周圍環境。
性質穩定
常溫常壓下穩定
避免光，明火，高溫。與石墨性質相似，有良好的電絕緣性、導熱性和耐化學腐蝕性。抗氧化性能甚強，在高溫時也具有良好的潤滑性，是一種優良的高溫固體潤滑劑。具有很強的中子吸收能力。化學性質穩定，對幾乎所有的熔融金屬都呈化學惰性。氮化硼不溶於冷水，與水煮沸時水解非常緩慢，產生少量硼酸和氨。與弱酸和強鹼在室溫時均不起反應，微溶於熱酸，用熔融的氫氧化鉀處理方能分解，氯氣也只能在赤熱的條件下方與它起反應。能耐高溫至2000 ℃。具備便於機械加工的優良性能。立方晶型氮化硼硬度與金剛石相當，在1500～1600 ℃高溫中穩定性優於金剛石。
氮化硼纖維：屬多晶BN纖維。熔點300℃；直徑4～6μm；密度1.8～1.9g/cm3；強度約2GPa；模量340～350GPa。氮化硼纖維與某些無機纖維相比，具有耐高溫、耐化學腐蝕、電熱性能好、耐輻射等優良特性。它的抗氧化溫度比碳纖維、硼纖維的高，在惰性條件下，2500℃以上仍保持穩定；在氧化氣氛中，850℃仍是穩定的。
六方晶繫結晶。用高壓高溫處理所製得的是立方晶繫結晶。六方晶系氮化硼的晶體結構和物理性質類似於石墨(但具有電絕緣性)。也稱白石墨(white graphite)。莫氏硬度為2，具有優越的潤滑性。在氧化氣氛中約800℃，在惰性氣體氣氛中約3000℃是穩定的。不被熔融金屬和礦渣所潤濕。電絕緣性好，無毒，立方晶系氮化硼具有比金剛石還強的硬度。