氮化硼文献综述

1、氮化硼文献综述氮化硼问世于20世纪初期，是一种由氮原子和硼原子构成的原子晶体，与C2是等电子体, 因此与碳单质具有相似的晶体结构。氮化硼晶体结构有五种异构体，分别是六方氮化硼（h- BN）,纤锌矿氮化硼（W-BN）,三方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼（C-BN）和斜方氮化硼（。- BN）O我国目前对氮化硼的研究主要集中在对六方氮化硼（H-BN）和立方氮化硼（C-BN）的 研究上。六方氮化硼类似于石墨，最早的应用是作为高温润滑剂，因其性能、结构与石墨晶 体高度相似，又被称为“白石墨”；立方氮化硼类似于金刚石，上世纪50年代首先由美国 通用电气（GE）公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度

2、仅次于金刚石而远远高 于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。广泛应用于锯切工具、磨削工具、钻进工具 和切削刀具。结合我们研究所的实际设备情况，有能力合成的只有六方氮化硼。1市场前景及用量国内权威的市场调查、行业分析专家智研咨询关于氮化硼市场的统计显示，我国氮化硼产量从2010年515吨增长到2017年1087吨，呈现逐年递增 的趋势。具体的市场前景及用量,这个需要较大的工作量及一定的市场分析、 解读能力才能完成。就U前了解的情况来看，国内有很多专业生产硼类精细 化工品的厂家，他们设备专业，产能巨大，经验领先，在这个行业他们领先 了我们很大一段距离。2. 使用方向由于六方氮化硼的结构特点，使

3、其具有很多优异的特性。在物理性质方 面，其具有高导热性、高耐热性、润滑性、摩擦系数低、热膨胀系数低、介 电性质优异、可加工性强等。在化学化学性质方面，其具有抗氧化性强、抗 腐蚀性强、化学性质稳定。根据以上性质，六方氮化硼的主要用途有：耐火材料的表面涂料，高温环境下的润滑与脱模，热压氮化硼制品的原材料，立方氮化硼的原料（这两个我们可以详细研究一下），绝缘、导热材料，化妆品（主要是口红）。3. 质量标准产品型号含量三氧g3%水分超(D50)m面积m2g堆积密度 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图1辽滨精细化工六方氮化硼上图是截选自辽宇营口辽滨精细化工六方氮化硼理化指标，可以看出, 这五种型号的氮化硼主要是依靠粒度进行了分类。图2丹东HS级氮化硼«81B2O1(Dw)结½ttSffi (BET)HC99%0.4%0.S%9硕米0.3 gcm318 mHC-W993%0.1%0.4%9敘来6«OJ g<m318 m2g图3丹东HN级氮化硼B2O3S5iS些 Krt派(D50)ItCISIffl (BET)99.4%0.05%0.4%

5、IOfft*Iomt0.3gcm310 m2g图4丹东HC级氮化硼Ba总氢含E半均独股(DSO)结SKfiSS比宏Bl枳(MT)99%0.1%0.7%4M*Ifll*0.3 gcm316 m2g图5丹东HF级氮化硼以上四图是截选自丹东市化工研究所有限责任公司出售的氮化硼理化指 标，可以看出，这四种型号的氮化硼分类的主要依据是粒度，具体的杂质含 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纳米球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选自山东淄博博拓化工生产的氮化硼的理化指标，可

7、以看出这 三种型号的氮化硼分类依据主要是粒度，具体的杂质含量也有所不同。结合其他厂家，得出的结论是氮化硼的质量标准主要是结晶度、粒度的 控制，相关杂质元素比较重要的是氧含量以及水溶性氧化硼含量，其他杂质 含量跟其他化工产品的质量标准相差不大。在查阅其他厂家生产的氮化硼理 化指标时发现他们生产的氮化硼型号分类依据全部是粒度。4. 工艺合成路线六方氮化硼的工艺合成方法非常多，但就其原理，均为将硼源（含硼化 合物如硼砂、硼酸、元素硼等）与氮源（含氮化合物如氨、尿素、三聚氛胺 等）一起加热反应精制而成。下面介绍儿种典型的氮化硼合成方式。4.1硼砂尿素（氯化镀）法硼砂尿素（氯化鞍）法是将无水硼砂和尿素混

8、合后在氨气流中加热反应而制得氮化硼粉。此方法可实现连续生产，提高了生产效率，但在反应过 程中经常出现玻璃相使产量明显降低，且后处理困难，故需进一步研究其反 应机理并改进合成工艺。硼砂尿素法是制备hBN粉的传统方法，生产成本 较低，投资少，工艺简单，适合工业生产，但是在反应过程中原料的反应不 完全或生成含C的副产物会导致Il-BN含量不高，合成得到的氮化硼的纯度不高，粒度均匀性差。4.2水（溶剂）热合成法水（溶剂）热合成法是在高压釜里，采用水（或有机溶剂）作为反应介 质，通过对高压釜加热，创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶 的物质溶解并反应生成新的晶体。水热法通常用于合成氧化物或金属

9、单质超细 粉，在制备非氧化物超细粉方面的研究尚处于起步阶段。选用合适的硼、氮源 （如硼酸钱、三聚氤胺）对于提高hBN含量有重要的影响，以水为溶剂比较 环保，但需要较高的温度，而有机溶剂可将反应温度显著降低。水热法的工艺 条件相对容易控制，产物粒度可达到纳米级，均匀性和球形度良好，但产率普 遍偏低。4.3化学气相沉积法（CVD）CVD法制备hBN粉一般采用热壁式反应器，将含B、N的气态原料通 过载气导入到一个反应室内，在高温下气态原料之间发生化学反应生成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法制备的hBN粉末纯度和球形度都较高，但在制备 过程中需要对多种因素进行精确控制。4.4自蔓