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导热不导电,“白石墨”六方氮化硼的奇妙应用

2021-09-17 09:46:50

说到氮化硼(h-BN),引人乐道的就是它优异的热性能。身为陶瓷材料中导热的材料之一,h-BN的结构与石墨类似,具有六方层状结构,呈现松散、润滑、质轻质软等性状,可,又由于其色为白,因此也被称为“白石墨”。h-BN的优势并不于此,它不是热的良导体,而且还是典型的电缘体——常温电导率可达1016~1018Ω/cm(1000℃时仍达1014~106Ω/cm);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,因此是理想的高频缘、高压缘、高温缘材料。凭借如此特性,h-BN在一些领域中起着被替代的作用。氮化硼


h-BN颗粒的各方面性能受纯度影响较大,而烧制条件以及产品后处理会直接影响纯度,因此制备高纯度的六方氮化硼颗粒是其广泛应用的前提。而在不同领域中,就算是同一成分的原料,由于使用目的不同,原料规格自然也有所差异。


产品型号

含量%

三氧化二硼%

水分%

粒度(D50)μm

比表面积m²/g

堆积密度g/cm³

BN-B

99

≤0.5

≤0.5

1-2

4.5

1.11

BN-C

99

≤0.5

≤0.5

5-10

10.6

0.35

BN-E

99

≤0.5

≤0.5

3-5

12.2

0.35

BN-N

99

≤0.5

≤0.5

10-20

10.8

0.35

BN-S

99

≤0.5

≤0.5

20-40

5.7

0.42


1、高温润滑剂


h-BN具备十分优异的高温润滑性,作为润滑剂使用时,可以分散在耐热润滑脂、水或溶剂中;喷涂在摩擦表面上,待溶剂挥发而形成干模,因h-BN与钢、不锈钢、铝等既不润湿又不发生作用,因此它常用于抗熔融金属腐蚀的场合,如熔炼蒸发金融的坩锅、舟皿、液态金融输送管等。


2、导热填料


BN作为填料已经广泛应用于导热复合材料,可解决热导材料与处于运行中的电气部件相接触而需要的高电阻率材料避免短路的问题。将超声剥离的二维氮化硼纳米片和一维纤维素纳米纤维共混,制备的复合材料热导率 180W/(m·K),是迄今为止热导率,高的纳米复合材料。添加了氮化硼粉末的导热硅胶片,可在压缩力下表现较低的热阻和较高的电子缘特性

无水硼砂

3、涂料


氮化硼在高温下具有的明显化学惰性,使得氮化硼涂层可用来保护铝、镁、锌合金等材料免受高温氧化。当将氮化硼涂层包覆耐火材料或陶瓷器皿后,即使温度1273K时,氮化硼涂层也能有效保护其抗氧化。


4、脱模剂


普通的润滑油及弗素树脂、石墨等,在的高温环境下都会失去润滑功能。但以固体润滑剂氮化硼为原料的耐温脱模剂在高温下依旧能保持优良的润滑性、脱模性,因此适用于金刚石工具的成型,高温硬化性树脂的成型,烧结金属的成型,铝框的压制,玻璃的成型,压铸的脱模等。


5、高缘高导热陶瓷制品


氮化硼陶瓷具有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度,是理想的散热材料和高温缘材料。由于其化学稳定性好,因此能抵抗大部分熔融金属的浸蚀;制品硬度低(莫氏强度2)因此可进行精度为1/100mm的机械。常用于制造熔炼半导体的坩埚及冶金用高温容器、半导体散热缘件、高温轴承、热电偶套管及玻璃成形模具等。


6、合成立方氮化硼


C-BN是氮化硼的另一种常用形态,其硬度次于金刚石而远远高于其它材料,并且也是理论的低温稳定相。利用h-BN在触媒参与下,在高温(1800℃)、高压(800Mpa)下转变为坚硬如金刚石的c-BN氮化硼,是当前合成氮化硼的主要方法之一.


7、化妆品


凭借层状晶体结构带来的润滑、质轻等特性,h-BN粉体也可在化妆品中作为体质颜料使用,具有出色的涂敷和附着性,且颜色为白,可有效调节产品的涂展性、皮肤贴付性、光泽感、皮肤质感及产品的成型性、使用性。大名鼎鼎的SK-II“小灯泡”里便含有氮化硼


小结


如今,纳米技术的兴起也带动了纳米氮化硼的兴起。氮化硼纳米片和纳米管(BNNTs)以及氮化硼纳米带等纳米结构,因其在光电、及日化等领域中展现出的优势,也引起了科研人员的兴趣。但由于成本问题,大规模应用仍有难度,因此研发出更为经济可行的生产工艺将是氮化硼材料未来发展的主要方向之一。


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