Nitruro di boroè un cristallo composto da atomi di azoto e boro. La composizione chimica è 43,6% boro e 56,4% azoto, con quattro diverse varianti: HBN, RBN, CBN e WBN. Il CBN è solitamente un cristallo nero, marrone o rosso scuro con una struttura di sfalerite e una buona conduttività termica. La durezza è seconda solo al diamante ed è un materiale superduro comunemente utilizzato come materiale per utensili e abrasivi. Il BN è resistente agli attacchi chimici e non viene eroso dagli acidi inorganici e dall'acqua. Il legame boro-azoto viene rotto negli alcali concentrati caldi. L'ossidazione inizia nell'aria a 1200 gradi. La decomposizione inizia a circa 2700 gradi nel vuoto. Leggermente solubile in acido bruciante, insolubile in acqua fredda, densità relativa 2,29. La resistenza alla compressione è 170Mpa. La temperatura operativa massima è di 900 gradi in un'atmosfera ossidante e di 2800 gradi in un'atmosfera riducente inattiva, ma le prestazioni di lubrificazione sono scarse a temperatura ambiente. La maggior parte delle proprietà del BN sono migliori dei materiali in carbonio. Per HBN: basso coefficiente di attrito, buona stabilità alle alte-temperature, buona resistenza agli shock termici, elevata resistenza, elevata conduttività termica, basso coefficiente di espansione, elevata resistività, resistenza alla corrosione, trasmissione a microonde o infrarossi.
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Formula chimica |
BN |
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Messa esatta |
25 |
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Peso Molecolare |
25 |
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m/z |
25 (100.0%), 24 (24.8%) |
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Analisi elementare |
B, 43.56; N, 56.44 |
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Caratteristiche del materiale
Il CBN è solitamente un cristallo nero, marrone o rosso scuro con una struttura di sfalerite e una buona conduttività termica. La sua durezza è seconda solo al diamante, è un materiale superduro comunemente usato come materiale per utensili e abrasivo.
Nitruro di boroha resistenza chimica e non viene corroso dagli acidi inorganici e dall'acqua. Il legame boro-azoto viene rotto negli alcali concentrati caldi. L'ossidazione inizia nell'aria sopra i 1200 gradi. La decomposizione inizia a circa 2700 gradi sotto vuoto. Leggermente solubile in acido caldo, insolubile in acqua fredda, con una densità relativa di 2,29. Quando viene bollito con acqua, l'idrolisi è molto lenta e produce una piccola quantità di acido borico e ammoniaca. Non reagisce con acidi deboli e basi forti a temperatura ambiente ed è leggermente solubile negli acidi caldi. Può decomporsi solo se trattato con idrossido di potassio fuso e il cloro può reagire con esso solo in condizioni roventi.
La resistenza alla compressione è 170MPa. La temperatura operativa massima in atmosfera ossidante è di 900 gradi, mentre può raggiungere 2800 gradi in atmosfera riducente non reattiva, ma le prestazioni di lubrificazione sono scarse a temperatura ambiente. La maggior parte delle proprietà del BN sono superiori ai materiali in carbonio. Per HBN: basso coefficiente di attrito, buona stabilità alle alte-temperature, buona resistenza agli shock termici, elevata resistenza, elevata conduttività termica, basso coefficiente di espansione, elevata resistività elettrica, resistenza alla corrosione, trasparenza alle microonde o agli infrarossi.
Struttura materiale
Il sistema cristallino esagonale BN, più comunemente reticolo di grafite, ha anche varianti amorfe. Oltre alla forma cristallina esagonale, BN ha altre forme cristalline, tra cui r-BN, c-BN e w-BN. Sono stati scoperti addirittura cristalli BN bidimensionali che assomigliano a sottili grafite.
Quello comunemente prodottonitruro di boroha una struttura di tipo grafite, comunemente nota come grafite bianca. Un altro tipo è il tipo diamante, che è simile al principio della trasformazione della grafite in diamante. La grafite di tipo BN può essere trasformata in diamante di tipo BN ad alta temperatura (1800 gradi) e alta pressione (8000Mpa) [5-18GPa]. È un nuovo tipo di materiale superduro resistente alle alte temperature utilizzato per realizzare punte da trapano, utensili abrasivi e utensili da taglio.
Metodo di preparazione
Nel 1957, Wentorf sintetizzò per la prima volta artificialmente la BN cubica. Quando la temperatura si avvicina o supera i 1700 gradi e la pressione minima è 11-12GPa, l'HBN puro si trasforma direttamente in CBN. Successivamente, si è scoperto che l'uso di catalizzatori può ridurre significativamente la temperatura e la pressione di transizione. I catalizzatori comunemente usati includono metalli alcalini e alcalino terrosi, nitruri alcalini e alcalino terrosi, fluoronitruri alcalino terrosi, sali di borato di ammonio e fluoruri inorganici. La temperatura e la pressione richieste per l'utilizzo del borato di ammonio come catalizzatore sono le più basse, con una pressione di 5GPa a 1500 gradi e un intervallo di temperatura di 600-700 gradi a 6GPa. Da ciò si può vedere che sebbene l'aggiunta di catalizzatori possa ridurre notevolmente la temperatura e la pressione di trasformazione, la temperatura e la pressione richieste sono ancora relativamente elevate. Pertanto, le attrezzature per la sua preparazione sono complesse, il costo è elevato e la sua applicazione industriale è limitata.
Nel 1979, Sokolowski preparò con successo pellicole di CBN utilizzando la tecnologia del plasma pulsato a bassa temperatura e bassa pressione. L'attrezzatura utilizzata è semplice e il processo è facile da implementare, il che ha portato a un rapido sviluppo. Sono emersi molteplici metodi di deposizione di vapore. Tradizionalmente, si riferisce principalmente alla deposizione di vapore termochimico. L'apparato sperimentale è generalmente costituito da tubi al quarzo resistenti al calore-e dispositivi di riscaldamento. Il substrato può essere riscaldato mediante un forno di riscaldamento (CVD a parete calda) o un riscaldamento a induzione ad alta-frequenza (CVD a parete fredda). Il gas di reazione si decompone sulla superficie del substrato ad alta-temperatura e subisce una reazione chimica per depositare una pellicola. Il gas di reazione è una miscela di BCl3 o B2H6 e NH3.
Questo metodo utilizza l'acqua come mezzo di reazione in un ambiente di reazione ad alta-temperatura e alta-pressione all'interno di un'autoclave, consentendo la dissoluzione delle sostanze che solitamente sono insolubili o difficili da sciogliere. La reazione può anche subire ricristallizzazione. La tecnologia idrotermale ha due caratteristiche: in primo luogo, ha una temperatura relativamente bassa e, in secondo luogo, viene effettuata in un contenitore chiuso per evitare la volatilizzazione dei componenti. Come metodo di sintesi a bassa-temperatura e bassa-pressione, viene utilizzato per sintetizzare BN cubico a basse temperature.
Essendo un metodo emergente di recente per la sintesi di nanomateriali a bassa-temperatura, la sintesi termica del benzene ha ricevuto ampia attenzione. Grazie alla sua struttura coniugata stabile, il benzene è un eccellente solvente per la sintesi solvotermica ed è stato recentemente sviluppato con successo in una tecnica di sintesi termica del benzene, come mostrato nell'equazione di reazione:
BCl3 + Li3N → BN + 3LiCl
Oppure BBr3+Li3N → BN+3LiBr
La temperatura di reazione è di soli 450 gradi e la tecnologia di sintesi termica del benzene può preparare una fase metastabile che può esistere solo in condizioni estreme e pressione ultra-alta a temperature e pressioni relativamente basse. Questo metodo consente la preparazione di cubici a bassa-temperatura e a bassa{{4}pressionenitruro di boro. Tuttavia, questo metodo è ancora in fase di ricerca sperimentale ed è un metodo sintetico con un grande potenziale di applicazione.
Tecnologia di auto propagazione
Utilizzando l'energia esterna per indurre reazioni chimiche altamente esotermiche, il sistema subisce reazioni localizzate per formare un fronte di reazione chimica (onda di combustione). La reazione chimica procede rapidamente con il supporto del proprio rilascio di calore e l'onda di combustione si diffonde in tutto il sistema. Sebbene questo metodo sia un metodo di sintesi inorganica tradizionale, è stato segnalato solo negli ultimi anni per la sintesi di BN.
Tecnologia di sputtering a fascio ionico
Utilizzando la tecnologia di deposizione sputtering a fascio di particelle, si ottiene un prodotto misto di BN cubico e BN esagonale. Sebbene questo metodo presenti meno impurità, la morfologia del prodotto è difficile da controllare a causa della difficoltà nel controllare le condizioni di reazione. Esiste ancora un grande potenziale per lo sviluppo della ricerca su questo metodo.
Tecnologia di sintesi termica del carbonio
Questo metodo utilizza l'acido borico come materia prima, il carbonio come agente riducente e il gas di ammoniaca per nitruro BN sulla superficie del carburo di silicio. Il prodotto risultante ha elevata purezza e grande valore applicativo per la preparazione di materiali compositi.
Metodo di riduzione indotta dal laser-
Utilizzando il laser come fonte di energia esterna per indurre reazioni redox tra i precursori della reazione e combinare B e N per generare BN, ma questo metodo produce anche una fase mista.
1. Distaccanti per la formatura dei metalli e lubrificanti per la trafilatura dei metalli.
2. Materiali elettrolitici e resistivi speciali in condizioni di alta temperatura.
3. Lubrificanti solidi ad alta temperatura, additivi anti-usura per estrusione, additivi per la produzione di materiali compositi ceramici, materiali refrattari e additivi antiossidanti, in particolare per applicazioni che resistono alla corrosione del metallo fuso, additivi per il miglioramento termico e materiali isolanti resistenti alle alte-temperature.
4. Essiccanti termosaldanti per transistor e additivi per polimeri come resine plastiche.
5. Pressato in varie forme di prodotti BN, che possono essere utilizzati come componenti per alta-temperatura, alta-tensione, isolamento e dissipazione del calore.
6. Materiali di schermatura termica nel settore aerospaziale.
7. Con l'intervento di un catalizzatore, può essere convertito in BN cubico duro come il diamante attraverso il trattamento ad alta-temperatura e alta-pressione.
8. Materiali strutturali dei reattori atomici.
9. Ugelli a getto per aerei e motori a razzo.
10. Isolanti per archi elettrici e plasma ad alta-tensione, alta-frequenza.
11. Materiali di imballaggio che impediscono la radiazione di neutroni.
12. Un materiale superduro lavorato da BN, che può essere utilizzato per realizzare utensili da taglio ad alta-velocità e punte da trapano per l'esplorazione geologica e l'estrazione petrolifera.
Non solo la tradizionale azienda informatica e di immigrazione
13. Anelli separatori utilizzati in metallurgia per acciaio fuso continuo, fessure di flusso per ferro amorfo e agenti distaccanti per alluminio fuso continuo (vari agenti distaccanti per vetro ottico).
14. Realizzare barche di evaporazione per varie placcature in alluminio a film di condensatori, placcatura in alluminio per tubi a raggi catodici, placcatura in alluminio per display, ecc.
15. Vari sacchetti per imballaggio placcati in alluminio-per conservazione fresca, ecc.
16. Varie placcature in alluminio anti-contraffazione laser, materiali per stampa a caldo di marchi, varie etichette per sigarette, etichette per birra, scatole per imballaggio, placcatura in alluminio per scatole per imballaggio di sigarette e così via.
17. I cosmetici vengono utilizzati come riempitivi per il rossetto e sono non-tossici, lubrificanti e lucidi.
Nitruro di boroè stato introdotto oltre 100 anni fa e la sua prima applicazione è stata il BN esagonale come lubrificante per alte-temperature. La sua struttura e le sue proprietà sono molto simili alla grafite, ed è anche bianca pura, per questo è comunemente conosciuta come "grafite bianca".
Le ceramiche BN furono scoperte già nel 1842. Fin dalla seconda guerra mondiale sono state condotte ricerche approfondite sui materiali BN all'estero e solo nel 1955 è stato sviluppato il metodo di pressatura a caldo BN. L'American Diamond Company e la United Carbon Company furono le prime ad entrare in produzione, producendo oltre 10 tonnellate nel 1960.
Nel 1957 RH Wentrof fu la prima a sviluppare con successo il CBN. Nel 1969 la General Electric la vendette come Borazon e nel 1973 gli Stati Uniti annunciarono la produzione di utensili da taglio CBN.
Nel 1975, il Giappone importò tecnologia dagli Stati Uniti e preparò anche utensili da taglio in CBN.
Nel 1979, la tecnologia del plasma pulsato è stata utilizzata con successo per la prima volta per preparare film sottili di c-BN collassati a bassa temperatura e bassa pressione.
Alla fine degli anni '90, gli utenti erano in grado di preparare film sottili di c-BN utilizzando vari metodi di deposizione fisica da fase vapore (PVD) e deposizione chimica da fase vapore (CVD).
Dal punto di vista interno in Cina, lo sviluppo ha fatto rapidi progressi. La ricerca sulla polvere BN è iniziata nel 1963, è stata sviluppata con successo nel 1966 ed è stata messa in produzione e applicata nell'industria cinese e nella tecnologia all'avanguardia nel 1967.
Tutto quello che devi sapere
A cosa serve il nitruro di boro?
I prodotti al nitruro di boro sono ampiamente utilizzati in settori quali: Produzione di acciaio e fonderia. Produzione di forni ad alta-temperatura. Industrie microelettronica e dei semiconduttori.
Il nitruro di boro fa bene alla pelle?
Essendo un prodotto sintetico,è chimicamente stabile e noto per essere sicuro e delicato per la pelle. Grazie ad un processo di produzione rigorosamente controllato, Tokuyama h-BN è estremamente puro, con pochissimo boro solubile. Conforme agli standard giapponesi 2021 sugli ingredienti quasi-farmaci.
Il nitruro di boro è un alimento sicuro?
Il nitruro di boro è un'alternativa reale e salutare (certificato NSF per la sicurezza a contatto con gli alimenti) al PTFE o al Teflon, che può essere utilizzato anche come riempitivo nei polimeri grazie alle sue eccellenti proprietà lubrificanti.
Il nitruro di boro è più forte del diamante?
È stato riferito che lo sia18%più forte del diamante. Salvo diversa indicazione, i dati vengono forniti per i materiali nel loro stato standard (a 25 gradi [77 gradi F], 100 kPa). Grazie all'eccellente stabilità termica e chimica, le ceramiche al nitruro di boro vengono utilizzate nelle apparecchiature ad alta temperatura-e nella fusione dei metalli.
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