Suboxyde de bore

Le suboxyde de bore est un composé chimique de formule . Il se présente comme un solide cristallisé dans le système trigonal avec le groupe d'espace Rm () ou dans le système orthorhombique avec le groupe d'espace Cmcm (), selon deux polymorphes du  notés respectivement α et β. Ces structures sont formées de huit icosaèdres aux sommets d'une maille élémentaire rhomboédrique. Chaque icosaèdre est constitué de  de bore. Deux atomes d'oxygène se placent dans les interstices le long de la direction rhomboédrique [111]. En raison de ses liaisons chimiques courtes et fortement covalentes, ce matériau présente des propriétés physiques et chimiques remarquables, notamment une dureté Vickers de  mesurée sur des monocristaux, proche de celle du nitrure de bore BN cubique, une masse volumique de  plutôt faible, une conductivité thermique élevée, de l'ordre de  et  pour le  α et β respectivement, une grande inertie chimique et une très bonne résistance à l'usure.

On peut produire du suboxyde de bore en réduisant du sesquioxyde de bore  avec du bore ou en oxydant du bore avec de l'oxyde de zinc ZnO ou d'autres oxydants. Les matériaux obtenus à pression voisine de  sont du suboxyde de bore généralement déficitaire en oxygène et non stœchiométrique , avec . Ils forment des grains petits (moins de ) et mal cristallisés. Le suboxyde de bore déficitaire en oxygène peut former des particules icosaédriques qui ne sont ni des monocristaux ni des quasicristaux mais des macles de vingt cristaux tétraédriques. L'application de pression élevée pendant la synthèse du  peut améliorer significativement la cristalliné du matériau obtenu, ainsi que sa stœchiométrie en oxygène et la taille de ses cristaux. Les méthodes de production de  publiées dans la littérature utilisent généralement des mélanges de poudre de bore et de .

Le suboxyde de bore du type du bore rhomboédrique α est étudié pour sa nature céramique — grande dureté, point de fusion élevé, bonne stabilité chimique, faible masse volumique — comme nouveau matériau structurel. Il présente des liaisons particulières qui ne sont pas faciles à décrire par la théorie de la liaison de valence. La position des atomes d'oxygène n'a pu être précisée que par la méthode de Rietveld sur des poudres de .

Préparation 

Le suboxyde de bore peut être obtenu par trois méthodes :
 réaction à l'état solide entre le bore et le sesquioxyde de bore  : la pression de vapeur élevée du  aux températures élevées conduit à l'excès de bore lors de cette réaction ;
 réduction du , par exemple par le silicium et le magnésium, qui demeurent dans le  sous forme d'impuretés ;
 oxydation du bore, par exemple par l'oxyde de zinc ZnO, qui contaminent le  lors du processus.

Propriétés physiques 

Le suboxyde de bore est fortement covalent et se forme facilement au-dessus de . Il est caractérisé par sa grande dureté, son point de fusion élevé, sa bonne stabilité chimique et sa faible masse volumique ; des calculs ab initio préliminaires sur les propriétés structurelles du suboxyde de bore suggèrent que la force des liaisons dans le matériau peut être augmentée par la présence d'atomes très électronégatifs dans sa structure.

Applications 
Le suboxyde de bore a fait l'objet d'intenses recherches pour des applications comme revêtement contre l'usure des outils de tour à grande vitesse ou comme abrasif. Le principal obstacle à son utilisation industrielle est sa ténacité limitée et surtout les grandes difficultés pratiques à compacter un  stœchiométrique avec une bonne cristallinité. De surcroît, de nombreuses propriétés mécaniques de ce matériau n'ont été comprises que récemment.

Références 

Composé du bore
bore
Matériau céramique
Matériau superdur