氮化硼,又称白色的石墨,属六方晶系。因其耐高温、电绝缘性好,热导率高和润滑性好而引人注目。
氮化硼的化学稳定性极好,在1800℃,对碳和一氧化碳是稳定的,作为耐火材料,它优于其它氮化物陶瓷(Si3N4和AlN)和氧化物陶瓷(MgO、CaO和ZrO2),另外,它可受熔融的玻璃、硅、硼、非氧化物炉渣、熔盐(硼砂、冰晶石)和金属熔体(如Al,Fe,Cu,Zn)腐蚀。由于热压和热等静压技术克服了烧结上的困难,能获得致密的氮化硼材料,其性能如表5.4所示。
表5.4 氮化硼(BN)陶瓷的主要性能
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使用冲击压力法或高温高压法可使六方氮化硼转变为立方晶型氮化硼。这种立方氮化硼硬度仅略低于金刚石,可用作制造切削刀具和拔丝模具。
BN陶瓷制备工艺包括以下工序:①h—BN粉末合成。工业常用硼酸尿素法、硼砂氯化铵法或等离子体化学反应法。硼砂氯化铵法所得到的粉末,BN含量>98%,B2O3<1%,金属杂质总量≯1000ppm,粒径0.5μm。②BN陶瓷烧结。由于h—BN粉末难以烧结,所以常用热压法烧结,然后机械加工成产品。无压烧结时,一般添加SiO2或B2O3作烧结助剂,或不添加烧结助剂而采用特殊工艺。后者得到BN含量99%,热导率35.5W/(m·k)的制品。
在应用方面,利用BN陶瓷的高绝缘和高导热性可制成半导体元件绝缘散热底板、变压器的填充料;利用耐热、耐蚀和绝缘性可制成等离子弧、等离子焊接工具的高温绝缘部件,熔融金属的热电偶保护管,水平连铸的分离环,合成CaAs晶体的坩埚,熔融金属或玻璃的器皿,磁流体发电装置(MHD)的绝缘通道;利用高频损耗低的特性,可制成微波输能窗;利用含B高而作为半导体的固体扩散源;利用中子吸收截面积大的特性,可制作核反应堆控制棒等。
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