氮化硼

title: 六方氮化硼.
content: 六方氮化硼结构类似于石墨,又称h-BN、α-BN或g-BN (graphitic BN),有时也称“白石墨”,它是最普遍使用的氮化硼形态。和石墨相似,六方形态是由许多片六边形组成。这些薄片层与层之间的相关结构(registry)不同,但是从石墨的排列模式中看出,这是由于硼原子在氮原子上面使氮化硼的原子变成椭圆的。如此结构反映出硼—氮链的极性。氮化硼中较低的共价性质,使它成为导电性相对于石墨较低的半金属,电在它六边形薄片中pi-链的网络中流通。六方氮化硼的缺乏颜色,显示较低的电子离域性,表示其能隙较大。  六方氮化硼在极低和极高(900 °C)的温度甚至是氧气下都是一种很好的润滑剂,它在石墨的导电性和与其它物质的化学反应造成困难时特别有用。由于它的润滑机理并不涉及到层面之间的水分子,氮化硼润滑剂还可以在真空下使用,如在太空作业时。  六方氮化硼在空气中高达1000 °C、真空中1400 °C和在惰性气体中2800 °C都仍然稳定,也是其中一种导热性最好的绝缘体。它对多数物质都不产生化学反应,也不被许多融化物质所沾湿(如:铝、铜、锌、铁和钢、铬、硅、硼、冰晶石、玻璃和卤化盐。)  细粒的h-BN被用于一些化妆品、颜料、补牙剂和铅笔芯。
title: 制造.
content: 六方氮化硼可由三氯化硼经过氮化或氨解后制作而成。六方氮化硼部件可由加热加压和其后的机械加工造出,因为它的硬度与石墨相当,所以加工成本不高。这些部件都由氮化硼粉末制造,以氧化硼作为烧结剂。氮化硼薄膜可以由三氯化硼和氮雏形化学气相沉积后形成。而工业制造是基于两个化学反应:熔化的硼酸与氨、硼酸或碱性硼化物与尿素、胍、蜜胺或其他适当的氮气中的有机氮化合物。制作超细氮化硼润滑剂和toner则需要在氮气中以5500°C高温燃烧硼粉末。
title: 立方氮化硼.
content: 立方氮化硼结构类似于钻石,极其坚硬,显微硬度HV72000～98000Mpa,硬度仅低于钻石。和钻石相似,立方氮化硼是一种绝缘体但却是一种极佳的导热体。也叫c-BN、β-BN、或z-BN(以闪锌矿(Zinc Blende)晶体结构命名),是被广泛使用的工业钻磨工具。  由于它铁、镍和其他高温合金中是不可溶的,所以CBN适合加工铁镍等黑色金属,而钻石会和这些物质发生化学反应而造成刃具迅速磨损。多晶体c-BN钻磨工具多用于机械钢铁,同时钻石钻磨工具多用于铝合金、陶器和玻璃。如钻石一样,立方氮化硼由于声子有着高传热性。在高温中与氧接触,氮化硼会形成一个氧化硼的钝化层。氮化硼可以和金属很好地结合,这是因为硼或氮合金交错层的形成。  立方体氮化硼晶体材料常被用在切割工具的切割头。用于磨料时,一般使用合成树脂、多孔性陶瓷等做粘合剂。商业产品名称包括“Borazon”(Diamond Innovations)和“Elbor”或“Cubonite”(by Russian vendors)。  烧结的立方氮化硼是一种不导电的散热片材料,故在微电子学领域中有潜在应用价值。
title: 制造.
content: 立方氮化硼的制作可由在高温、高压下处理六方氮化硼而成,就如从石墨制成人造钻石相似。使六方氮化硼直接转为立方氮化硼需要在18百万帕的压力和1730-3230 °C的温度下。加入小量的氧化硼可以把所需的压力降到4至7百万帕,温度降到1500 °C。  在工业里,人们会使用催化法转化氮化硼,而不同的催化剂物质会用在不同的生产方法上,例如锂、铂或镁、他们的氮化物,氟氮化物、水再加上氨化合物或肼。其他工业合成法会使用温差下结起的晶体或者爆炸产生的冲击波。冲击波的应用是用来制作出一种称为异钻石的超硬的硼、碳和氮的化合物。  低压下,可采用立方氮化硼薄膜的沉积技术。在化学气相沉积中,可使用三氟化硼来选择性蚀刻沉积的六方氮化硼(与沉积钻石薄膜类似,使用氢原子来蚀刻石墨)。其他物理气相沉积方法,如离子束沉积、电浆改善化学气相沉积、脉冲激光沉积、反应性喷溅法等亦有所使用。
title: 其他氮化硼形态.
title: w-氮化硼.
content: w-氮化硼是六方氮化硼是发生在高压环境下的一种超硬状态。这种六方形态呈纤维锌矿结构,与石墨的层状结构不同。
title: 三方氮化硼.
content: 三方氮化硼相似于六方氮化硼。它会在立方氮化硼转化为六方氮化硼的过程中产生。
title: 氮化硼纤维.
content: 六方氮化硼可以制成纤维的形态,由于和碳纤维结构相似,氮化硼纤维也被称为“白碳纤维”。它可以由射出成形的环硼氮烷纤维加上氮中的氧化硼于1800 °C下的热分解制成。这种物质也可经过纤维素纤维浸泡于超过1000 °C 的氨气和氮气中的硼酸或四硼化氨之后产生的热分解制成。氮化硼纤维也可作为复合材料的补强,基质材料包括有机树脂、陶瓷与金属。

Summary: 氮化硼(BN)是一种由相同数量的氮原子和硼原子组成的双化合物,因此它的实验式是BN。氮化硼和碳是等电子的,并和碳一样,氮化硼有多种同质异形体,其中立方氮化硼结构类似于钻石,硬度仅低于金刚石,但耐高温性优于金刚石,六方氮化硼结构则类似于石墨,是一种十分实用的润滑剂。

Bornitrid: Bornitrid, chemische Formel BN, ist eine Bor-Stickstoff-Verbindung, die in drei Modifikationen (α, β, γ) vorkommt. Sie werden nach ihrer Kristallstruktur auch als hexagonales, kubisches bzw. wurtzitisches Bornitrid (h-BN, c-BN, w-BN) bezeichnet. Unter Normalbedingungen ist das kubische β-BN stabil, die beiden anderen Modifikationen sind metastabil, auch amorphes Bornitrid kristallisiert nicht. Oberhalb von 1200 °C bis zum Schmelzpunkt ist das hexagonale α-BN stabil, das wurtzitische γ-BN nur bei sehr hohen Drücken über ca. 10 GPa. Natürlich kommt ausschließlich das metastabile hexagonale α-Bornitrid vor. Die drei Modifikationen sind analog zu denen des zum Bornitrid isoelektronischen Kohlenstoffs. Hexagonales Bornitrid lässt sich dem Graphit, kubisches dem Diamant, wurtzitisches dem Lonsdaleit zuordnen. Entsprechend ist Bornitrid ein Hochpolymer, im Falle der hexagonalen Modifikation mit sehr geringer Härte und Gleiteigenschaften, im kubischen Fall mit extrem hoher Härte. Kubisches β-Bornitrid wurde 1957 erstmals von Robert Wentorf synthetisiert und war nach dem Diamanten der härteste damals bekannte Werkstoff. Im Jahre 1969 wurde CBN (kubisch kristallines Bornitrid) von der Firma General Electric unter dem Namen „BORAZON“ auf den Markt gebracht; der Preis überstieg damals den Goldpreis. Die kommerzielle Produktion von CBN hat sich erst seit den frühen 1990er Jahren etabliert.