六方氮化硼和石墨的晶体结构比较相近

六方氮化硼和石墨的晶体结构比较相近，为类似石墨的层状结构。机械性能上，氮化硼是一种软性材料，氮化硼是一种软性材料，它的莫氏硬度为2。但热压制品的硬度受到B2O3含量的影响，二者成正比关系。氮化硼截面之洞摩擦系数很低，仅为0.03～0.07，但如果反复摩擦，则由于其软弱的表面的磨损，使其值增至0.11～0.23/BN粉末的摩擦系数在室温到150℃之间增加到0.4，其值一直波动到500℃，然后在600℃降低到0.1，这是由于杂质B2O3熔化所致，到900℃，由于发生比较强烈的氧化，其值又迅速升高。氮化硼的机械强度比心里高，但比氧化铝低得多，不过它在高温下没有象石墨那样的负载软化现象，出此，可以在高温下发挥其特性。由于BN晶体呈层状结构，由片状晶体热压成型的致密BN瓷体有一定程度的定向排列，这种微观组织结构使BN制品的某些性能具有较明显的各向异性特性。热压BN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为大。氮化硼的机械弛度在很大程度上还受到材料中杂质含量的影响，最典型的是B2O3，它作为纳合剂对团体BN的结合起着重要的作用，一旦温度提高特别在越过B2O3的熔点时，使BN的相互结合力减弱，其材体的强度就急剧下降。例如，含B2O3的BN，室温弯曲强度可达1000公斤/厘米2，到1000℃时只有140公斤／厘米2；弹数模量从25时的84×104公斤／厘米2下降到1000℃的的7×104公斤／厘米2。通过对BN在高温真空或向温惰性气氛中处理后的强度测定，就更能说明这个问题。表1—3列出了BN在1400℃真空中处理后的失重和强度。BN试样是是含有14%B2O3的“900℃BN”热压而成。从表中看出，试样经过不问时间处理后，试样中的B2O3有不同程度的损失，试样的强度开始有增加继而就下降。表1—4说明BN在N2或Ar气氛中高温处理后，由于B2O3从热压BN中挥发除去而使强度受到影响。试样先在1800℃CN2或Ar中处理到恒重，然后测定其断裂模量，结果显示出由于B203的损失而有约70％的强度损失。可见B2O3对热压BN的结合强度起着重要作用。热压氮化硼的机械强度机械强度kg/cm^2氮化硼石墨氧化铝平行于热压方向垂直于热压方向抗压强度31502380350~80012000~29000抗弯强度600~800400~500150~2503500抗拉强度1100500——2100弹性模量84*10^435*10^4——370*10^4热压氮化砌还有—个难得可贵的性能是可机械加工件，它可以象石墨一样容易地干法车、铣、刨、钴、切、磨并且由于BN比石墨更加致密，故加工精度更高，可以达到0.01毫米。由于这一可加工特性，所以在选择用陶瓷材料制作复杂形状的零部件时，尽管BN原料价格比A12O3等高数倍，但人们还是宁愿选用它。三、热性能氮化硼的耐温性很好，它实际上无明显的熔点，只有在高于3个大气压的氮压力下才于3000℃以上熔化，在1大气压的氮气中，于3000℃升华。则在2045℃时的分解压已达158毫米汞杜，而在1390℃时其稳定性仍很好，分解压仅10-4毫米汞柱，至2727℃，其分解压几乎达760毫米汞柱。BN在高温下无软化现象。热压BN具有很高的使用温度，在氮气或怕性气氛小酌最高使用温度可到2800℃，在氨气氛中甚至加热到3000℃而仍不分解。不过它在氧化气氛中的稳定性较差，使用温度只能限于900℃以下。在连续和强烈地加热情况下，BN会燃炼火焰呈绿白色，同时发出B2O3烟。在4×10-3毫米汞柱的真空个，热压则于1800℃就开始迅速分解，分解为元素B和N。氮化硼与其他陶瓷材料相比，具有较低的膨胀系数，大多数实验数值在2～2.75╳10-5/度的范围。表1—6为热压BN的热膨胀系数。氮化硼与其他陶瓷材料的热性能比较氮化硼氧化铍氧化铝滑石瓷氧化锆氟树脂石英玻璃最高使用温度空气900氩气280020001750110020002501300导热系数0.060.610.060.0060.005——0.004~0.01卡.厘米.秒.度膨胀系数*10^-6/℃2~7.57.88.68.710.0——0.5热压氮化硼具有与不锈钢相似的导热系数，在陶瓷材料中，BN的导热性能仅次于BeO。但值得指出，BN的导热系数随温度的上升而下降的趋势不大，如表1—7所示。在600以上，BN的导热系数高于BeO的，在1000℃时，垂直c轴向的导热系数高于所有已知的电绝缘体的热导率而名列陶瓷材料之前茅，其值为0.064卡／厘米•秒•度。如果加有某些特殊添加物时，其热导率可进一步提南到1.0卡／厘米•秒•度以上。有趣的是，由BCl3与NH3在高温反应合成的BN粉却是一种优良的热绝缘体，因为其体积密度相当低，仅0.1克／厘米3。由于氮化硼具有较低的热膨胀、较高的导热系数，所以相应地BN的热稳定性相当优良，材料反复经受强烈热震也不破坏。不破坏。例如，热压BN试柠任1000温度场个保持20分钟后，立即移入空气中冷却或用风扇冷却至室温，再送回1000℃的温度场中，如此反复冷热循环数百次也不见材料开裂破坏。但经过这样反复热震后的材料，其强度受到一定的损失，其损失程度取决于BN的纯度及试样的大小而不等，最高可达30％。受潮的试样直接投入600℃以上的炉内会发生碎裂，这种现象可解释为由于吸潮而在体内形成的水化物(H3BO3之类)在受热后急速分解时形成的水蒸汽的压力所造成；除此之外，由于热压BN在团体结构上存在着细微孔隙和表面微裂纹等缺陷，因此与液体介质接触后，吸附介质的劈裂作用也是引起碎裂的一个重要因素。常见的工程材料，导热与导电性能一般总是—致的。例如，金属是优良的导电体，也是优良的导热体；非金属是电的绝缘体，又是热的绝缘体。而氮化硼却是一种别具一格的材料。它既是热的优良导体，又是电的优良绝缘体。热压BN的常温体积电阻值大于1011欧姆—匣米，但随着相对湿度而有变化。高纯度且干燥的BN，其最大体积电阻值可达1016～1018欧姆—厘米，即使在1000℃高温下，其值仍有10～104欧姆—厘米。纯的BN和含有B2O3的BN制品，两者的电阻值有很大的差异，后者由于存在B2O3，起电阻值比前者为低，当在950℃～1350℃之间B2O3破除去时，其电阻值就增加。氮化硼的介电常数在陶瓷材抖中也可算是小的，其值3～5。介质损耗低，但潮湿度对其有较大的影响。氮化硼具有很高的电击穿强度，约为Al2O3材料的四倍，其值为30～千伏/毫米。氮化硼超导状态的转化温度为-271℃，半导体限制区宽度为E0=4.6ev。与其它材料比较，氮化硼具有优良的电性能，所以作为高频绝缘、高压绝缘和高温绝缘的材料是很理想的。表1—10表示BN与某些材料的电性能比较。氮化硼和某些材料的电性能材料使用温度℃击穿强度kv/mm介电常数介质损耗tgδ*10^-4体积电阻Ω-cm氮化硼280030~403~52~810^16~10^5(20-1000℃)氧化铝17507~158~9410^10~10^6(20-1000℃)滑石瓷110010~145.5~7.5610^16镁橄榄石瓷1100146110^17酚醛树脂10010~155~8——10^12~10^15氟树脂250352210^15石英玻璃1300163.5~4.0310^15~10^4(20-1000℃)参考资料：=1