Nitrure de boreest un cristal composé d'atomes d'azote et de bore. La composition chimique est de 43,6 % de bore et de 56,4 % d'azote, avec quatre variantes différentes : HBN, RBN, CBN et WBN. Le CBN est généralement un cristal noir, brun ou rouge foncé avec une structure sphalérite et une bonne conductivité thermique. La dureté est juste derrière le diamant et est un matériau extrêmement dur couramment utilisé comme matériaux d'outils et abrasifs. Le BN résiste aux attaques chimiques et n’est pas érodé par les acides inorganiques et l’eau. La liaison bore-azote est rompue dans un alcali concentré chaud. L'oxydation commence dans l'air à 1 200 degrés. La décomposition commence à environ 2 700 degrés sous vide. Légèrement soluble dans l'acide brûlant, insoluble dans l'eau froide, densité relative 2,29. La résistance à la compression est de 170Mpa. La température de fonctionnement maximale est de 900 degrés dans une atmosphère oxydante et de 2 800 degrés dans une atmosphère réductrice inactive, mais les performances de lubrification sont médiocres à température ambiante. La plupart des propriétés du BN sont meilleures que celles des matériaux carbonés. Pour HBN : faible coefficient de frottement, bonne stabilité à haute température, bonne résistance aux chocs thermiques, haute résistance, haute conductivité thermique, faible coefficient de dilatation, haute résistivité, résistance à la corrosion, transmission micro-ondes ou infrarouge.
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Formule chimique |
NE |
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Masse exacte |
25 |
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Poids moléculaire |
25 |
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m/z |
25 (100.0%), 24 (24.8%) |
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Analyse élémentaire |
B, 43.56; N, 56.44 |
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Caractéristiques des matériaux
Le CBN est généralement un cristal noir, brun ou rouge foncé avec une structure sphalérite et une bonne conductivité thermique. Dureté juste derrière le diamant, c'est un matériau extrêmement dur couramment utilisé comme matériau d'outil et abrasif.
Nitrure de borea une résistance chimique et n’est pas corrodé par les acides inorganiques et l’eau. La liaison bore-azote est rompue dans un alcali concentré chaud. L'oxydation commence dans l'air au-dessus de 1 200 degrés. La décomposition commence vers 2700 degrés sous vide. Légèrement soluble dans l'acide chaud, insoluble dans l'eau froide, avec une densité relative de 2,29. Lorsqu'elle est bouillie avec de l'eau, l'hydrolyse est très lente, produisant une petite quantité d'acide borique et d'ammoniac. Il ne réagit pas avec les acides faibles et les bases fortes à température ambiante et est légèrement soluble dans les acides chauds. Il ne peut se décomposer que lorsqu'il est traité avec de l'hydroxyde de potassium fondu, et le chlore ne peut réagir avec lui que dans des conditions de chaleur rouge.
La résistance à la compression est de 170MPa. La température de fonctionnement maximale sous atmosphère oxydante est de 900 degrés, alors qu'elle peut atteindre 2 800 degrés sous atmosphère réductrice non réactive, mais les performances de lubrification sont médiocres à température ambiante. La plupart des propriétés du BN sont supérieures à celles des matériaux carbonés. Pour HBN : faible coefficient de frottement, bonne stabilité à haute température, bonne résistance aux chocs thermiques, haute résistance, haute conductivité thermique, faible coefficient de dilatation, haute résistivité électrique, résistance à la corrosion, transparence micro-ondes ou infrarouge.
Structure matérielle
Le système cristallin hexagonal BN, le plus souvent un réseau de graphite, présente également des variantes amorphes. En plus de la forme cristalline hexagonale, BN a d'autres formes cristallines, notamment r-BN, c-BN et w-BN. Les gens ont même découvert des cristaux de BN bidimensionnels-qui ressemblent à du graphite mince.
Le produit communémentnitrure de boreprésente une structure de type graphite, communément appelée graphite blanc. Un autre type est le type diamant, qui est similaire au principe de transformation du graphite en diamant. Le graphite de type BN peut être transformé en diamant de type BN à haute température (1 800 degrés) et haute pression (8 000 Mpa) [5-18GPa]. Il s'agit d'un nouveau type de matériau ultra-dur résistant aux hautes températures utilisé pour fabriquer des forets, des outils de meulage et des outils de coupe.
Méthode de préparation
En 1957, Wentorf a synthétisé artificiellement pour la première fois le BN cubique. Lorsque la température approche ou dépasse 1 700 degrés et que la pression minimale est de 11 à 12 GPa, le HBN pur se transforme directement en CBN. Par la suite, il a été découvert que l’utilisation de catalyseurs pouvait réduire considérablement la température et la pression de transition. Les catalyseurs couramment utilisés comprennent les métaux alcalins et alcalino-terreux, les nitrures alcalins et alcalino-terreux, les fluoronitrures alcalino-terreux, les sels de borate d'ammonium et les fluorures inorganiques. La température et la pression requises pour utiliser le borate d'ammonium comme catalyseur sont les plus basses, avec une pression de 5 GPa à 1 500 degrés et une plage de température de 600 à 700 degrés à 6 GPa. On peut en déduire que bien que l'ajout de catalyseurs puisse réduire considérablement la température et la pression de transformation, la température et la pression requises sont encore relativement élevées. Par conséquent, l’équipement nécessaire à sa préparation est complexe, son coût est élevé et son application industrielle est limitée.
En 1979, Sokolowski a préparé avec succès des films CBN en utilisant la technologie du plasma pulsé à basse température et basse pression. Le matériel utilisé est simple et le procédé facile à mettre en œuvre, ce qui a conduit à un développement rapide. De multiples méthodes de dépôt en phase vapeur ont vu le jour. Traditionnellement, il s’agit principalement de dépôt thermochimique en phase vapeur. La configuration expérimentale se compose généralement de tubes de quartz résistants à la chaleur et d'appareils de chauffage. Le substrat peut être chauffé soit par un four de chauffage (CVD à paroi chaude), soit par un chauffage par induction à haute fréquence (CVD à paroi froide). Le gaz de réaction se décompose à la surface du substrat à haute température - et subit une réaction chimique pour déposer un film. Le gaz réactionnel est un mélange de BCl3 ou B2H6 et de NH3.
Cette méthode utilise de l'eau comme milieu réactionnel dans un environnement de réaction à haute-température et haute-pression à l'intérieur d'un autoclave, permettant aux substances généralement insolubles ou difficiles à dissoudre de se dissoudre. La réaction peut également subir une recristallisation. La technologie hydrothermale présente deux caractéristiques : premièrement, elle a une température relativement basse, et deuxièmement, elle est réalisée dans un récipient fermé pour éviter la volatilisation des composants. En tant que méthode de synthèse à basse-température et basse-pression, elle est utilisée pour synthétiser du BN cubique à basse température.
En tant que méthode émergente récemment pour synthétiser des nanomatériaux à basse -température, la synthèse thermique du benzène a reçu une large attention. En raison de sa structure conjuguée stable, le benzène est un excellent solvant pour la synthèse solvothermique et a récemment été développé avec succès en une technique de synthèse thermique du benzène, comme le montre l'équation de réaction :
BCl3 + Li3N → BN + 3LiCl
Ou BBr3+Li3N → BN+3LiBr
La température de réaction n'est que de 450 degrés et la technologie de synthèse thermique du benzène peut préparer une phase métastable qui ne peut exister que dans des conditions extrêmes et à ultra-pression à des températures et des pressions relativement basses. Cette méthode permet la préparation à basse-température et basse-pression de cubesnitrure de bore. Cependant, cette méthode est encore au stade de la recherche expérimentale et constitue une méthode de synthèse présentant un grand potentiel d’application.
Technologie auto-propagatrice
En utilisant l'énergie externe pour induire des réactions chimiques hautement exothermiques, le système subit des réactions localisées pour former un front de réaction chimique (onde de combustion). La réaction chimique se déroule rapidement avec l'aide de son propre dégagement de chaleur et la vague de combustion se propage dans tout le système. Bien que cette méthode soit une méthode de synthèse inorganique traditionnelle, elle n’a été rapportée que ces dernières années pour la synthèse du BN.
Technologie de pulvérisation par faisceau d'ions
En utilisant la technologie de dépôt par pulvérisation cathodique par faisceau de particules, un produit mixte de BN cubique et de BN hexagonal est obtenu. Bien que cette méthode comporte moins d'impuretés, la morphologie du produit est difficile à contrôler en raison de la difficulté de contrôler les conditions de réaction. Il existe encore un grand potentiel de développement de la recherche sur cette méthode.
Technologie de synthèse thermique du carbone
Cette méthode utilise de l'acide borique comme matière première, du carbone comme agent réducteur et de l'ammoniac gazeux pour nitrurer le BN à la surface du carbure de silicium. Le produit résultant présente une pureté élevée et une grande valeur d’application pour la préparation de matériaux composites.
Méthode de réduction induite par laser-
Utiliser le laser comme source d'énergie externe pour induire des réactions redox entre les précurseurs de réaction et combiner B et N pour générer du BN, mais cette méthode produit également une phase mixte.
1. Agents de démoulage pour le formage des métaux et lubrifiants pour l’étirage des métaux.
2. Matériaux électrolytiques et résistifs spéciaux dans des conditions de température élevée.
3. Lubrifiants solides à haute température, additifs anti-usure par extrusion, additifs pour la production de matériaux composites céramiques, matériaux réfractaires et additifs antioxydants, en particulier pour les applications qui résistent à la corrosion des métaux en fusion, additifs d'amélioration thermique et matériaux isolants résistants aux températures élevées-.
4. Déshydratants de thermoscellage pour transistors et additifs pour polymères tels que les résines plastiques.
5. Pressé dans diverses formes de produits BN, qui peuvent être utilisés comme composants à haute -température, haute-tension, isolation et dissipation thermique.
6. Matériaux de protection thermique dans l’aérospatiale.
7. Avec la participation d'un catalyseur, il peut être converti en BN cubique aussi dur que le diamant grâce à un traitement à haute-température et haute-pression.
8. Matériaux structurels des réacteurs atomiques.
9. Tuyères à réaction pour moteurs d'avions et de fusées.
10. Isolateurs pour arcs électriques et plasma à haute-tension et haute-fréquence.
11. Matériaux d'emballage empêchant le rayonnement neutronique.
12. Un matériau ultra-dur traité à partir de BN, qui peut être utilisé pour fabriquer des outils de coupe à grande vitesse et des forets pour l'exploration géologique et le forage pétrolier.
Pas seulement une entreprise traditionnelle de cybersécurité et d’immigration
13. Anneaux de séparation utilisés en métallurgie pour l'acier coulé en continu, fentes d'écoulement pour le fer amorphe et agents de démoulage pour l'aluminium coulé en continu (divers agents de démoulage pour verre optique).
14. Fabriquer des bateaux d'évaporation pour divers placages d'aluminium de films de condensateur, placages d'aluminium de tubes cathodiques, placages d'aluminium d'affichage, etc.
15. Divers sacs d'emballage plaqués aluminium pour la conservation de la fraîcheur, etc.
16. Divers placages d'aluminium anti--contrefaçon au laser, matériaux de marquage à chaud de marques déposées, diverses étiquettes de cigarettes, étiquettes de bière, boîtes d'emballage, placage d'aluminium de boîtes d'emballage de cigarettes, etc.
17. Les cosmétiques sont utilisés comme produits de remplissage pour le rouge à lèvres, qui sont non-toxiques, lubrifiants et brillants.
Nitrure de borea été introduit il y a plus de 100 ans, sa première application étant le BN hexagonal comme lubrifiant à haute-température. Sa structure et ses propriétés sont très similaires à celles du graphite, et il est également d'un blanc pur, c'est pourquoi il est communément appelé « graphite blanc ».
Les céramiques BN ont été découvertes dès 1842. Des recherches approfondies sur les matériaux BN ont été menées à l'étranger depuis la Seconde Guerre mondiale, et ce n'est qu'en 1955 que la méthode de pressage à chaud BN a été développée. L'American Diamond Company et la United Carbon Company ont été les premières à entrer en production, produisant plus de 10 tonnes en 1960.
En 1957, RH Wentrof fut le premier à développer avec succès le CBN. En 1969, General Electric l'a vendu sous le nom de Borazon et en 1973, les États-Unis ont annoncé la production d'outils de coupe en CBN.
En 1975, le Japon a importé des technologies des États-Unis et a également préparé des outils de coupe en CBN.
En 1979, la technologie du plasma pulsé a été utilisée avec succès pour la première fois pour préparer des films minces de c-BN effondrés à basse température et basse pression.
À la fin des années 1990, les gens ont pu préparer des films minces de c-BN en utilisant diverses méthodes de dépôt physique en phase vapeur (PVD) et de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
D’un point de vue national, le développement de la Chine a fait des progrès rapides. La recherche sur la poudre de BN a commencé en 1963, a été développée avec succès en 1966, et a été mise en production et appliquée dans l'industrie chinoise et dans la technologie de pointe-en 1967.
Tout ce que vous devez savoir
A quoi sert le nitrure de bore ?
Les produits en nitrure de bore sont largement utilisés dans des industries telles que : La production d'acier et de fonderie. Fabrication de fours à haute-température. Industries de la microélectronique et des semi-conducteurs.
Le nitrure de bore est-il bon pour la peau ?
En tant que produit synthétique,il est chimiquement stable et connu pour être sans danger et doux pour la peau. Grâce à un processus de fabrication strictement contrôlé, Tokuyama h-BN est extrêmement pur, avec très peu de bore soluble. Conforme aux normes japonaises 2021 sur les ingrédients quasi-médicamenteux.
Le nitrure de bore est-il sans danger pour les aliments ?
Le nitrure de bore est une alternative réelle et saine (certifiée NSF pour contact alimentaire) au PTFE ou au Téflon., qui peut également être utilisé comme charge dans les polymères en raison de ses excellentes propriétés lubrifiantes.
Le nitrure de bore est-il plus résistant que le diamant ?
Il a été rapporté que c'était18%plus fort que le diamant. Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 degrés [77 degrés F], 100 kPa). En raison de leur excellente stabilité thermique et chimique, les céramiques de nitrure de bore sont utilisées dans les équipements à haute -température et dans le moulage des métaux.
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