
氮化硼(Boron nitride)是一種無機化合物,分子式為 BN,由氮原子和硼原子構成晶體。它主要有六方氮化硼(h - BN)、菱方氮化硼(r - BN)、立方氮化硼(c - BN)和纖鋅礦氮化硼(w - BN)四種變體。其中六方氮化硼結構類似石墨,又稱 “白色石墨”,具有良好的潤滑性、導熱性和電絕緣性等;立方氮化硼結構類似金剛石,硬度極高,僅次于金剛石。
氮化硼憑借其獨特的物理和化學性質,廣泛應用于多個行業,具體如下:
冶金行業:可作為坩堝的耐熱涂料,在玻璃和金屬成形中用作脫模劑,還能添加到金屬粉末中,使粉末冶金產品具有自潤滑性能,用于制備無油軸承、滑動電刷等零部件。 化工行業:可作為壓力傳遞介質、樣品和加熱元件之間的絕緣體,用于高溫常壓爐和等離子槍中,也可作為分散于高純硅中的摻雜物,還可用于鋼鐵制品的精密加工、研磨等。
機械行業:常用于刀具和工具表面作為耐磨涂層,分散在水和油中可作為拉絲和壓制品成形的潤滑劑,還可作為高溫爐滑動零件的工業潤滑材料。
電子行業:可作為電子元件的散熱器,用于晶體管、集成電路的熱槽和微波元件等。其高導熱性氮化硼可作為填料制備復合材料,用于封裝材料。還可作為光學元件的表面涂層,提高材料的透光性和硬度。
醫療行業:六方氮化硼具有良好的生物相容性,可作為生物骨架、藥物遞送的載體材料,空心球形氮化硼納米材料可用于承載治療藥物或釋放基因。 航空航天行業:由于在真空中摩擦系數低,可用作太空中的固體潤滑膜,也可用于制作火箭燃燒室的襯里、宇宙飛船的熱屏蔽材料等。
那艾儀器噴霧干燥機制備氮化硼的案例分享:
制備飛碟形納米六方氮化硼粉末:將 280 克三氧化二硼(B?O?)和 80 克四硼酸鈉(Na?B?O??10H?O)原料混溶于 540 毫升的蒸餾水中,經 160℃空氣氣氛噴霧干燥制成硼前驅體粉末,再和 724 克尿素(CO (NH?)?)干磨球磨混合后放入近似密閉的反應容器中,在 850℃硅碳爐中熱處理 60 分鐘,得到氮化硼的無定形粉末,經過球磨干磨處理后,放在高溫爐中,在氮氣氣氛下于 1400℃高溫處理 4 小時,最后經蒸餾水和無水乙醇洗滌、80℃干燥后,得到飛碟形納米六方氮化硼粉末。
制備氮化硼全陶瓷顆粒:先提供包含二維氮化硼納米片和有機溶劑的二維氮化硼分散液,加入有機粘結劑得到混合液,然后采用噴霧干燥對混合液造粒,得到前驅體。接著在含氧氣氛中,對前驅體進行預燒結,除去有機粘結劑,得到中間體。最后在惰性氣氛中,采用焦耳熱燒結中間體,得到具有高強度、高導熱性的氮化硼全陶瓷顆粒。
制備高致密度粒度可控的球形氮化硼:取燒結助劑(鋁的氧化物、氫氧化物等)和氮化硼粉,按燒結助劑占氮化硼粉質量百分比 0.1%-10%均勻混合,再與分散劑、消泡劑、去離子水和粘結劑制備成氮化硼漿料。將漿料通過噴霧干燥進行噴霧造粒,造粒過程中保持持續攪拌,之后將得到的粉體裝入坩堝中,在空氣氣氛下排膠,最后在惰性氣氛下燒結,得到高致密度粒度可控的球形氮化硼。