氮化硼陶瓷课件.ppt

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1、氮化硼陶瓷报告人：徐东芝1氮化硼的简介2六方氮化硼的结构与性能3立方氮化硼的结构与性能4氮化硼的制备5氮化硼的应用概要氮化硼BN陶瓷是早在1842年被人发现的化合物。国外对BN材料从第二次世界大战后进行了大量的研究工作。直到1955年解决了BN热压方法后才发展起来的。美国金刚石公司和联合碳公司首先投入了生产,1960年已生产10吨以上。日本开始每年由美国进口十万美元的BN产品,其后日本有三家公司进行几年的研究,69年初试制成功,70年投产,年产3吨左右。从我国国内看,发展突飞猛进,63年开始BN粉末的研究,66年研制成功,67年投入生产并应用于

2、我国工业和尖端技术之中。1简介1简介氮化硼（BN）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），立方氮化硼（c-BN），纤锌矿氮化硼（w-BN），菱方氮化硼（r-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。六方晶型闪锌矿立方晶型纤锌矿晶形氮化硼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。BN粉末具有松散、润滑、质轻、易吸潮等性质，颜色洁白。制品呈象牙白色。目前对BN的

3、研究主要集中在对其六方相（H-BN）和立方相（C-BN）上的研究。1简介氮化硼的晶体结构如右图所示。在BN晶体结构中，每一层内B、N原子相隔组成六角形网络。B、N原子间有强共价键和某种偶极矩力的作用，因而层内部的结合紧密，但层之间只借非常弱的键结合，因此是类似石墨的层状结构，容易剥离。许多性能具有方向性。氮化硼的性能1简介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、

4、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。2六方氮化硼六方氮化硼（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=0.2504nm，c=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。①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30

5、00℃，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900℃以下。六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之一，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41x10^-6/℃，而在d轴方向上为2.3x10^-6/℃，所以抗热震性能很好。2六方氮化硼六方氮化硼的性能HBNBeOAl2O3滑石瓷ZrO2石英玻璃氟树脂最高使用温度/℃900（氧气）2800(氮气）200017501100200013025热导率[(w

6、/m.k)]25.1255.425.12.512.091.67~4.19热膨胀系数/10^-6/℃0.7（⊥）7.5（∥）7.88.68.710.06.5HBN和其它材料的热性能从表中可以看出，HBN的热膨胀系数相当于石英，但其热导率却为石英的10倍。低的热膨胀系数及高导热率，使六方氮化硼的抗热冲击性能相当优良。2六方氮化硼六方氮化硼的性能②机械性能。摩擦系数低至0.16，高温下不增大，比二硫化钼、石墨耐温高，氧化气氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。常温下润滑性能较差，故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂。六方氮化硼是一种软

7、性材料，莫氏硬度仅为2。由于BN晶体的类石墨层状结构，由片状晶体热压成型的致密HBN瓷体具有一定程度的定向排列，这种微观组织使HBN制品的某些性能具有较明显的各向异性特性。热压HBN的机械性能在平行于受压方向的强度比垂直于受压方向的强度大。另一特点是机械加工性好，可以车、铣、刨、钻、磨、切，并且加工精度高，所以可用一般机械加工方法加工成精度很高的零部件制品。2六方氮化硼六方氮化硼的性能③电性能：六方氮化硼是热的良导体，又是典型的电绝缘体。常温电导率可达10^16~10^18Ω·cm，即使在1000℃，电阻率仍有10^14~10^16Ωcm。H

8、BN的介电常数3~5。，介电损耗为（2~8）×10^-4，击穿强度为Al2O3的两倍，达30~40kV/mm，因此是理想的高频绝缘、高压绝缘、高温绝缘