三种氮化硼的合成制备方法评估

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1、三种氮化硼的合成制备方法评估摘要:氮化硼是一种重要的化工原料，它被广泛应用作航空航天中的高温、高压、绝缘、散热部件，高温状态下的特殊电解、电阻材料，高速切割工具和地质勘探中的的钻头等等，理论上以下三个反应均可以制备氮化硼:B(s）+1/2N2(g)=BN(s)；BCl3(g)+NH3(g)=BN(s)+3HCl(g)；B2O3（s）+2NH3（g）=2BN(s)+3H2O(g)；本文将从反应方向，原料价格，实际操作等三个方面具体比较以上三种工业制备氮化硼的过程的利弊。关键词：反应热；环保；价格；一：BN的

2、性质氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)，其中六方氮化硼的晶体结构具有类似的石墨层状结构，呈现松散、润滑、易吸潮、质轻等性状的白色粉末，所以又称“白色石墨”。相对分子质量均为24.82。理论密度2.27g/cm3，比重2.43，莫氏硬度为2。外观与性状:润滑,易吸潮.氮化硼是白色、难溶、耐高温的物质。氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于10-6Ω．cm；

3、压缩强度为170MPa；在常温下润滑性能较差，故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂，将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂，也可用作高温炉滑动零件的润滑剂，氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。二：各种反应方法分析（1）用单质B和N2反应:反应方程式如下：B(s）+1/2N2(g)=BN(s)；A.反应热：查询课本附表可知：B:△fHm=0kJ/mol;△fGm=0kJ/mol;Sm=5.86J/mol/K;N2:△fHm=0kJ/mol;△fGm=0k

4、J/mol;Sm=191.50J/mol/K;BN:△fHm=-254.39kJ/mol;△fGm=-228.45kJ/mol;Sm=14.81J/mol/K【1】经计算可知，△H=-254.39kJ/mol;△S=-86.8J/mol/K;△G=-228.4kJ/mol<0,显然该反应在人很温度下均可以自发进行，且升高温度可以提高该反应的速率。B.原价价格：99%的硼粉3500元/kg保定中瑞托克科技有限公司氮气3000元/吨B(s）+1/2N2(g)=BN(s)经计算可知，每合成一mol的BN至少需要

5、原料38.5元（生产设备的消耗如催化剂，高温等略过）C.实际操作：该反应需要在800℃~1350℃的温度进行，反映在高纯氮气的氛围中进行，硼与烧结助剂按一定的比例加入无水乙醇及玛瑙球,混合粉碎24h之后在80℃下干燥24h,过筛,模压成型,然后将试样放入到石墨坩锅中，在氮气保护下慢慢升温至1000～1850℃,在各自的温度下保温2后h,反应过程中氮气为0.5个大气压,流量为20mL/min。当降温至800℃时,关掉炉子,随炉冷却至室温,取出试样,研磨抛光,待用。进行的温度为1000～1300℃，硼粉在10

6、50～1350℃发生剧烈反应,硼粉全部转化为BN粉。硼粉约在500℃开始反应,有一个缓慢的吸热和增重过程。随着温度的不断升高,反应持续进行。在1200℃左右出现明显的吸热峰和增重峰,此时硼粉与氮气反应最充分。此后,由于部分生成的BN阻碍了新反应生成的BN的扩散与迁移,使得反应平衡压力变化放缓,硼粉增重速度也随之发生减缓。在此过程中的具体反应方程式如下:B(s）+1/2N2(g)=BN(s)硼粉在氮气气氛中主要合成BN。为了使所得反应物晶粒均匀,减少基体开裂或弯曲变形的程度,就要控制升温速率缓慢、均匀,以使

7、生成的BN充分扩散。【2】由于该反应成本较高，而且反应条件对温度，条件要求过高，所以并不具备实际生产价值。反应物性质：硼：1.性质黑色或深棕色粉末。在常温时为弱导体，而在高湿时导电良好。痕量碳的搀合物能使传导率提高。常温时能与氟反应。不受盐酸和氢氟酸水溶液的影响。与熔化的过氧化钠，或一种碳酸钠和硝酸钾熔化混合物能剧烈反应。粉末能溶于硝酸和硫酸，以及大多数熔融的金属如铜、铁、锰、铝和钙。不溶于水。相对密度2.350。熔点约2200℃。沸点2550℃。硼在室温下比较稳定，即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用

8、。硼能和卤素元素直接化合，形成卤化硼。硼在600～1000°C可与硫、锡、磷、砷反应；在1000～1400°C与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。2.应用冶金　　由于硼在高温时特别活泼，因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性，硼还用于原子反应堆和高温技术中。　　轻工　　硼酸，硼酸锌可用于防火纤维的绝缘材料，是很好的阻燃剂，也应用于漂白、媒染等方面；偏硼酸钠用于织物漂白化工