氮化硼及合成方案分析

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1、氮化硼的合成方案分析摘要：氮化硼是一种新型的陶瓷材料，六方氮化硼具有质轻，润滑，难溶，耐高温，耐强酸强碱等特点，是陶瓷中最好的高温绝缘材料，加工过程中高温润滑性能最理想的涂料，电子产业中的半导体材料以及核工业中的防中子辐射包装材料等；立方氮化硼密度与硬度都与金刚石相似，耐热性能优于金刚石，是新型高温超硬材料，限于技术水平，目前应用于制造钻头、磨具和切割工具等。制备氮化硼的方案有几种，现从反应方向，原料价格、合成条件及环保等方面讨论，选择一个最优方案。关键词：氮化硼；反应方向，原料价格；环保一、BN的性质氮化硼是由氮原子和硼

2、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)。氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于10-6Ω．cm；压缩强度为170MPa；在c轴方向上的热膨胀系数为41×10-6/℃而在d轴方向上为－2．3×10-6；在氧化气氛下最高使用温度为900℃，而在非活性还原气氛下可达2800℃，但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

3、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。合成BN的方案有几种，但解决实际问题时还应考虑许多其他因素，现从反应方向，原料价格、合成条件及环保等方面分析以下三种方案。二、合成BN的三种方案用单质B与N2反应，用BCl3与NH3反应和用B2O3与NH3反应；当然，除此之外BN的合成方法还有很多，近年来先进的BN合成技术主要有水热合成法，本热合成法，新的化学气相沉积，自蔓延技术，碳热合成技术，离子束溅射技术，激光合成技术等。1.用单质B与N2反应1.1反应方向B(s)+1/

4、2N2(g)==BN(s)标准焓变：△fHm==-254.39kJ/mol标准熵变：△fSm==-86.82J/mol·k即该反应的转换温度为T==△fHm/△fSm==2930k只需温度低于2930k即可，可知该反应在298k状态下可以自发进行，而且推动力很大，是放热反应，反应过程中熵增加。此时△fGm==-228.45kJ/mol1.2合成条件及原料价格氮气资源极广可用液压法即蒸发液态空气的方法分离空气中的氧气和氮气，由于氧气的沸点是-183℃，氮气为-196℃，所以氧气先从液态空气中分离出来，该过程经历液化和分馏，纯

5、度可达95%到99%左右。市面上氮气的价格为5000元/吨左右；工业上制备硼一般有两种方法：碱法和酸法。市面上硼粉的价格为3500元/kg左右。该反应需要在1000℃~1400℃的温度，0.5个大气压下和高纯氮的氛围进行，500℃左右二者开始反应，1200℃左右出现明显的吸热峰和增重值，此时二者反应最充分，但BN的生成会阻碍反应的进行。使用烧结助剂氧化铝和氧化钇促进反应烧结，确定其量为20%，当ω(Al2O3):ω(Y2O3)==3:2时制备的式样有较高的强度与气孔率，所得的晶粒大小分布均匀。生成1kgBN理想需1525元

6、左右。1.3对环境的影响氮气占空气的78.1%，对空气无害；在轻工方面，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。此外，硼及其化合物可用于油漆干燥剂，焊接剂，造纸工业含汞污水处理剂等；化工方面可用作良好的还原剂，氧化剂，溴化剂，有机合成的掺合材料，高压高频电及等离子弧的绝缘体，雷达的传递窗等；核工业上用作原子反应堆中的控制棒，火箭燃料，火箭发动机的组成物及高温润滑剂，原子反应堆的结构材料等；农业上用作杀虫剂，防腐剂，催化剂，含硼肥料等；高新材料方面，硼化镁作为高温

7、超导材料，价格低廉，导电率高；稀土硼化物已经成功用于雷达、航空航天、冶金、环保等20多个军事和高科技领域。硼化物金属陶瓷具有高温耐磨擦性能，良好的抛光性能和抗化学腐蚀性能。含硼推进剂是高能洁净推进剂。因此硼可回收再利用，对环境友好。1.用BCl3与NH3反应2.1反应方向BCl3(g)+NH3(g)==BN(s)+3HCl(g)标准焓变：△fHm==-81.41kJ/mol标准熵变：△fSm==92.77J/mol·k是放热反应，且不管反应温度为多少，该反应都能自发进行。当温度为298K时△fGm==-109.1kJ/mo

8、l2.2合成条件及原料价格BCl3为无色发烟液体或气体。不燃，有刺激性、酸性气味。遇水分解生成氯化氢和硼酸，并放出大量热量，在湿空气中因水解而生成烟雾，在醇中分解为盐酸和硼酸酯。相对密度1.43。熔点-107.3℃。沸点12.5℃。三氯化硼反应能力较强，能形成多种配位化合物，具有较高的热力学稳定性，在放