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導(dǎo)熱不導(dǎo)電,“白石墨”六方氮化硼的奇妙應(yīng)用

2021-09-17 09:46:50
949次

說到氮化硼(h-BN),引人樂道的就是它優(yōu)異的熱性能。身為陶瓷材料中導(dǎo)熱的材料之一,h-BN的結(jié)構(gòu)與石墨類似,具有六方層狀結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)松散、潤滑、質(zhì)輕質(zhì)軟等性狀,可,又由于其色為白,因此也被稱為“白石墨”。h-BN的優(yōu)勢(shì)并不于此,它不是熱的良導(dǎo)體,而且還是典型的電緣體——常溫電導(dǎo)率可達(dá)1016~1018Ω/cm(1000℃時(shí)仍達(dá)1014~106Ω/cm);介電常數(shù)3~5。介電損耗為(2~8)*10-4,擊穿強(qiáng)度為Al2O3的兩倍,達(dá)30~40kV/mm,因此是理想的高頻緣、高壓緣、高溫緣材料。憑借如此特性,h-BN在一些領(lǐng)域中起著被替代的作用。氮化硼


h-BN顆粒的各方面性能受純度影響較大,而燒制條件以及產(chǎn)品后處理會(huì)直接影響純度,因此制備高純度的六方氮化硼顆粒是其廣泛應(yīng)用的前提。而在不同領(lǐng)域中,就算是同一成分的原料,由于使用目的不同,原料規(guī)格自然也有所差異。


產(chǎn)品型號(hào)

含量%

三氧化二硼%

水分%

粒度(D50)μm

比表面積m2/g

堆積密度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、高溫潤滑劑


h-BN具備十分優(yōu)異的高溫潤滑性,作為潤滑劑使用時(shí),可以分散在耐熱潤滑脂、水或溶劑中;噴涂在摩擦表面上,待溶劑揮發(fā)而形成干模,因h-BN與鋼、不銹鋼、鋁等既不潤濕又不發(fā)生作用,因此它常用于抗熔融金屬腐蝕的場(chǎng)合,如熔煉蒸發(fā)金融的坩鍋、舟皿、液態(tài)金融輸送管等。


2、導(dǎo)熱填料


BN作為填料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于導(dǎo)熱復(fù)合材料,可解決熱導(dǎo)材料與處于運(yùn)行中的電氣部件相接觸而需要的高電阻率材料避免短路的問題。將超聲剝離的二維氮化硼納米片和一維纖維素納米纖維共混,制備的復(fù)合材料熱導(dǎo)率 180W/(m·K),是迄今為止熱導(dǎo)率,高的納米復(fù)合材料。添加了氮化硼粉末的導(dǎo)熱硅膠片,可在壓縮力下表現(xiàn)較低的熱阻和較高的電子緣特性

無水硼砂

3、涂料


氮化硼在高溫下具有的明顯化學(xué)惰性,使得氮化硼涂層可用來保護(hù)鋁、鎂、鋅合金等材料免受高溫氧化。當(dāng)將氮化硼涂層包覆耐火材料或陶瓷器皿后,即使溫度1273K時(shí),氮化硼涂層也能有效保護(hù)其抗氧化。


4、脫模劑


普通的潤滑油及弗素樹脂、石墨等,在的高溫環(huán)境下都會(huì)失去潤滑功能。但以固體潤滑劑氮化硼為原料的耐溫脫模劑在高溫下依舊能保持優(yōu)良的潤滑性、脫模性,因此適用于金剛石工具的成型,高溫硬化性樹脂的成型,燒結(jié)金屬的成型,鋁框的壓制,玻璃的成型,壓鑄的脫模等。


5、高緣高導(dǎo)熱陶瓷制品


氮化硼陶瓷具有良好的耐熱性、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、高溫介電強(qiáng)度,是理想的散熱材料和高溫緣材料。由于其化學(xué)穩(wěn)定性好,因此能抵抗大部分熔融金屬的浸蝕;制品硬度低(莫氏強(qiáng)度2)因此可進(jìn)行精度為1/100mm的機(jī)械。常用于制造熔煉半導(dǎo)體的坩堝及冶金用高溫容器、半導(dǎo)體散熱緣件、高溫軸承、熱電偶套管及玻璃成形模具等。


6、合成立方氮化硼


C-BN是氮化硼的另一種常用形態(tài),其硬度次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它材料,并且也是理論的低溫穩(wěn)定相。利用h-BN在觸媒參與下,在高溫(1800℃)、高壓(800Mpa)下轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)硬如金剛石的c-BN氮化硼,是當(dāng)前合成氮化硼的主要方法之一.


7、化妝品


憑借層狀晶體結(jié)構(gòu)帶來的潤滑、質(zhì)輕等特性,h-BN粉體也可在化妝品中作為體質(zhì)顏料使用,具有出色的涂敷和附著性,且顏色為白,可有效調(diào)節(jié)產(chǎn)品的涂展性、皮膚貼付性、光澤感、皮膚質(zhì)感及產(chǎn)品的成型性、使用性。大名鼎鼎的SK-II“小燈泡”里便含有氮化硼


小結(jié)


如今,納米技術(shù)的興起也帶動(dòng)了納米氮化硼的興起。氮化硼納米片和納米管(BNNTs)以及氮化硼納米帶等納米結(jié)構(gòu),因其在光電、及日化等領(lǐng)域中展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì),也引起了科研人員的興趣。但由于成本問題,大規(guī)模應(yīng)用仍有難度,因此研發(fā)出更為經(jīng)濟(jì)可行的生產(chǎn)工藝將是氮化硼材料未來發(fā)展的主要方向之一。


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