Нитрид бора гексагональный

Нитрид бора гексагональный

Нитрид бора (химическая формула BN) — бинарное соединение бора и азота с температурой плавления около 3000°C под давлением азота. Практическое применение получили две основные кристаллические модификации: гексагональная (α-BN или h-BN) и кубическая (β-BN или c-BN).

Кубический нитрид бора (эльбор, боразон) обладает твёрдостью 9,5 по шкале Мооса — лишь немногим уступает алмазу. Микротвёрдость составляет 80–90 ГПа. Благодаря инертности к железу, эльбор применяется для высокопроизводительной обработки сталей.

Структура и свойства гексагонального нитрида бора

Гексагональный нитрид бора имеет слоистую кристаллическую структуру, аналогичную графиту, за что получил название «белый графит». Материал представляет собой мелкодисперсный порошок белого цвета с чешуйчатым строением частиц.

Особенности кристаллической решётки h-BN обеспечивают комплекс ценных свойств:

• высокие диэлектрические характеристики
• огнеупорность и термостойкость (стабилен до 1000°C на воздухе, до 2800°C в инертной атмосфере)
• химическая инертность — не окисляется кислородом до 700°C, устойчив к кислотам и щелочам
• низкий коэффициент трения — превосходит графит по смазочным свойствам
• теплопроводность до 400 Вт/(м·К) в плоскости кристалла

Плотность порошка h-BN составляет 2,3 г/см³ (насыпная плотность 0,33–0,45 г/см³). Материал не смачивается расплавами бронзы, стекла, кремния и алюминия.

Получение гексагонального нитрида бора

Промышленный синтез h-BN основан на реакции оксида бора B₂O₃ с аммиаком или азотсодержащими соединениями (меламин, мочевина) при температурах 1100–2000°C. Также применяется синтез из элементарного бора в среде азота или аммиака при температуре выше 2000°C.

Из гексагонального нитрида бора методом высокого давления (5 ГПа) и температуры (1500–2000°C) получают кубическую модификацию — сверхтвёрдый абразивный материал эльбор.

Технические условия на гексагональный нитрид бора

Гексагональный нитрид бора выпускается по следующим техническим условиям:

• ТУ 2112-003-49534204-2002 — нитрид бора гексагональный марки А, В, С
• ТУ 2-036-707-77
• ТУ 2155-313-05808008-00
• ТУ 2-036-238-74

Различия между марками определяются содержанием основного вещества (свыше 98% BN), размером частиц (менее 20 мкм для 90% порошка), удельной поверхностью и другими параметрами.

Применение h-BN в промышленности

Гексагональный нитрид бора находит применение в различных отраслях:

Металлургия и литейное производство. Высокотемпературная смазка, разделительные покрытия для пресс-форм, защитные покрытия в цветной металлургии. Материал не смачивается расплавами металлов, что обеспечивает лёгкое извлечение отливок.

Электроника и полупроводниковая промышленность. Изготовление тиглей для выращивания полупроводниковых кристаллов, испарительных ячеек в установках молекулярно-пучковой эпитаксии. Пиролитический нитрид бора — материал для тиглей, используемых при синтезе особо чистых веществ.

Керамическая промышленность. Компонент высокотемпературной технической керамики, добавка в огнеупорные композиции.

Атомная энергетика. Поглотитель тепловых нейтронов благодаря высокому сечению захвата у изотопа бора-10.

Производство сверхтвёрдых материалов. Исходное сырьё для синтеза кубического и вюртцитоподобного нитрида бора.

Косметическая промышленность. Добавка в декоративную косметику для придания шелковистой текстуры.

Пиролитический нитрид бора

Пиролитический нитрид бора (PBN) — высокочистая форма h-BN, получаемая методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Отличается особой чистотой, плотной структурой без пор и высокой анизотропией свойств.

Основное применение PBN — изготовление тиглей для выращивания полупроводниковых кристаллов (GaAs, InP) и испарительных ячеек в установках MBE. Материал обеспечивает отсутствие загрязнения расплава и выдерживает многократные термоциклы.

Сравнение h-BN с пиролитическим графитом

Гексагональный нитрид бора и пиролитический графит имеют схожую слоистую структуру, но различаются по химическим свойствам. В отличие от графита, h-BN является диэлектриком и не взаимодействует с большинством расплавов металлов при высоких температурах.

Хранение и транспортировка

Нитрид бора гексагональный хранится в герметичной таре изготовителя в крытых складских помещениях. Необходимо исключить попадание влаги, прямых солнечных лучей и посторонних веществ. Транспортировка допускается любым видом транспорта с соблюдением правил перевозки химических грузов.

Материал нетоксичен, не требует применения специальных средств защиты при работе с ним.