氮化硼陶瓷有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度,是理想的散热材料和高温绝缘材料。氮化硼的化学稳定性好,能抵抗大部分熔融金属的浸蚀。它也有很好的自润滑性。氮化硼制品的硬度低,可进行机械加工,精度为1/100mm。
氮化硼陶瓷高温高压合成法:
1957年Wentorf人工合成立方BN。在温度接近或**1700℃,低压强为11~12GPa时,由纯六方氮化硼(HBN)直接转变成立方氮化硼(CBN)。随后人们发现使用催化剂可大幅度降低转变温度和压力。常用的催化剂为:碱和碱土金属、碱和碱土氮化物、碱土氟代氮化物、硼酸铵盐和无机氟化物等。其中以硼酸铵盐作催化剂所需的温度和压力低,在1500℃时所需压力为5GPa,而在压力为6GPa时其温度区间为600~700℃。由此可见,虽然加催化剂可大大降低转变温度和压力,但所需的温度和压力还是较高。因而其制备的设备复杂、成本高,其工业应用受到限制。
氮化硼陶瓷化学气相合成法:
1979年Sokolowski成功利用脉冲等离子体技术在低温低压下制备成立方氮化硼(CBN)膜。所用设备简单,工艺易于实现,因此得到迅速发展。已出现多种气相沉积方法。传统来讲主要是指热化学气相沉积。实验装置一般由耐热石英管和加热装置组成,基体既可以通过加热炉加热(热壁CVD),也可以通过高频感应加热(冷壁CVD)。反应气体在高温基体表面发生分解,同时发生化学反应沉积成膜,反应气体有BCl3或B2H4与NH3的混合气体。
氮化硼六方晶系结晶,常见为石墨晶格,也有无定形变体,除了六方晶型以外,碳化硼还有其他晶型,包括:菱方氮化硼(简称:r—BN,或称:三方氮化硼,其结构类似于h—BN,会在h—BN转化为c—BN的过程中产生)、立方氮化硼[简称:c—BN,或|3一BN,或z-BN(即闪锌矿型氮化硼),质地非常坚硬]、纤锌矿型氮化硼(简称:w—BN,h—BN高压下的一种坚硬状态)。人们甚至还发现像石墨稀一样的二维氮化硼晶体(类似的还有MoS:二维晶体)。
氮化硼陶瓷自蔓延技术
氮化硼陶瓷利用外部提供必要的能量诱发高放热化学反应,体系局部发生反应形成化学反应*(燃烧波),化学反应在自身放出热量的支持下快速进行,燃烧波蔓延整个体系。这种方法虽然是传统的无机合成方法,但近年才有报道用于氮化硼的合成。
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