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氮化硼陶瓷的材料

发布日期:2020-01-03 点击次数:22

100多年前,氮化硼陶瓷在贝尔曼的实验室首次被发现,该材料得到较大规模发展是在20世纪50年代后期。

氮化硼(BN)陶瓷是一种性能优异并有很大发展潜力的新型陶瓷材料,包括5种异构体,分别是六方氮化硼(h-BN),纤锌矿氮化硼(w-BN),三方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼(c-BN)和斜方氮化硼(o-BN)。

广泛应用于机械、冶金、化工、电子、核能和航空航天领域。

氮化硼的六方晶型、闪锌矿晶型和纤维锌矿晶型

1. 氮化硼陶瓷简介

氮化硼陶瓷是由氮原子和硼原子所构成的晶体,分子式为BN,分子量24.81。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮,理论密度2.27g/cm3

氮化硼陶瓷粉末具有松散、润滑、质轻、易吸潮等性质,颜色洁白。氮化硼制品呈象牙白色。目前对氮化硼的研究主要集中在对其六方相(H-BN)和立方相(C-BN)上的研究。

氮化硼的性能可以主要分为以下几个方面:

✔在机械特性方面:拥有不磨蚀、低磨耗、尺寸安全性、润滑性佳、耐火及易加工等优点。

✔在电气特性方面:拥有介电强度佳、低介电常数、高频率下低损耗、可微波穿透、良好的电绝缘性等优点。

✔在热力特性方面:拥有高热传导、高热容量、低热膨胀、抗热冲击、高温润滑性及高温安定性等优点。

✔在化学特性方面:拥有无毒、化学安定性、抗腐蚀、抗氧化、低湿润、生物安定性及不沾性等优点。

2. 六方氮化硼陶瓷

六方氮化硼陶瓷h-BN)是最普遍使用的氮化硼形态。h-BN的结构与石墨类似,具有六方层状结构,晶格常数a=0.2504nmc=0.6661nm,理论密度2.27g/cm3,熔点3000℃,质地柔软,可加工性强,并且颜色为白色,俗称“白石墨”。

石墨结构和六方氮化硼陶瓷结构

六方氮化硼(h-BN)具有优良的电绝缘性、极好的化学稳定性以及优良的介电性能。

六方氮化硼的热性能:无明显熔点,在0.1MPA氮气中3000℃升华,在惰性气体中熔点3000℃,在中性还原气氛中,耐热到2000℃,在氮气和氩中使用温度可达2800℃,在氧气气氛中稳定性较差,使用温度1000℃以下。

六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之一,导热率为石英的十倍,在垂直于c轴方向上有较高的热导率60W/(m·K)

低的热膨胀系数,相当于石英,是陶瓷中最小的,在c轴方向上的热膨胀系数为41*10-6m/K,而在d轴方向上为2.3*10-6m/K,所以抗热震性能很好

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