氮化硼合成及应用的研究

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1、关于氮化硼合成方案的讨论摘要：氮化硼是一种耐腐蚀材料，也是一种优良的绝缘材料，强度高，耐腐蚀性好。在现代工业屮，氮化硼已广泛应用在在耐火材料和电了工业屮得到广泛的应用。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、原料价格以及环保等方面综合考虑，对以上三种方式进行比较分析。关键词：氮化硼；制备方案；反应方向；原料价格；环保一、氮化硼的分类、性质及应用1.BN的分类、性质氮化硼，化学式为BN,有

2、别称“白石黑”,是-•种性能优界并有很大发展潜力的新型陶瓷材料，包括5种异构体，分别是六方氮化硼(h—BN),纤锌矿氮化硼(w—BN),三方氮化硼(r-BN).立方氮化硼(c.BN)和斜方氮化硼(o.BN)⑴。常说的氮化硼一般指的是立方氮化硼或六方氮化硼。1.1六方氮化硼具冇类似石墨的的层状晶体结构，其物理化学性质也与石墨类似，常态时是白色粉末状,呈松散、润滑、易吸潮、质轻等性状。另外，在导热性、耐高温性、化学稳定性方面也类似石墨。当然，它的性质与石墨也不尽相同。例如，氮化硼是一种优良的绝缘材料，而石墨冇良好的导电性。⑵1.2立方氮化硼立方氮化硼有优异

3、的物理化学性能，换度仅次于金刚石，另外还具有很高的强度，在许多领域中冇应用前So[3]此外，立方氮化硼是目前使用温度最高的半导体材料，具有高导热性和良好的半导体特性。但是现有的制备方法乂都存在着难于克服的固有缺点，以至于不易使其得到广泛利用。⑶2.BN的应用一作为半导体的固相掺杂材料、抗氧化或抗水的润滑脂。二高温润滑剂和模型的脱模剂，氮化硼粉末还可以作为玻璃微珠的防粘剂，玻璃和金加成型的脱模剂。三超硬材料，可制成高速切割工具和地质勘探、石油钻探的钻头。四原子反应堆的结构材料，航天航空中的热屏蔽材料。五无毒无害乂具有润滑性，可用作化妆晶的填料。六做各种电

4、容器薄膜镀铝、显像管镀铝、显示器镀铝等的蒸发舟。七晶体管的热封干燥剂和塑料树脂等聚合物的添加剂。八激光防伪镀铝、商标烫金材料，各种烟标，啤酒标、包装盒，香烟包装盒镀铝等等*习。图表1BN的应用2.1BN三种合成方案为了更好地发展材料事业，服务国家建设，需要找到合适的合成方法，才能让这种优E的材料发挥作用，书中介绍给我们了三种不同的方法，分别是：%1用单质硼B和氮气2反应：B⑸+l/2N2(g)=BN(s)%1用氯化硼BC13和氨气NH?反应：BCl3(g)+NH3(g)=BN(s)+3HCl(g)%1用三氧化二硼B2O3和氨气NH3反应：B2O3(s)

5、+2NH3(g)=2BN(s)+3H2O(g)现在，我从如下几个方面来讨论一下三种方法的利弊，以及工业中最合适的方法⑹。2.2反应方向首先，先从理论上化学反应进行的方向及反应条件讨论。对于反应①B(s)4-l/2N2(g)=BN(s)Au0ArHm-254.39kj-mol'1ArSm0・86.8j・moNk"△rGm®=0时T=2930.76Ku2657.61°C图表2经计算，此反应在2600°C以下都可白发进行。表面上看，反应容易白发进行，但此反应并不易于操作，实验结果表明，将硼粉置于氮气中反应1~2小吋，恒温为1000°C时生成BN并不多。事实上

6、，硼与氮反应较快的温度区间在1050〜1350°C,而要反应较为完全，得高品质的氮化硼,需要1550°C以上。⑺那么对于反应②BCl3(g)+NH3(g)=BN(s)+3HCl(g)ArHm0-47.23kj-mol1ArSm0173.91j・moP・k"ArGm0恒小于0图表3即该反应在任何温度下白发。但是事实上，反应要在1000K=726°C以上（一般在900〜1000°C）进行。由于氯化硼是气态，反应是气相进行，为了提高反应产率，要使氨气过最。若将该反应的温度提高至1600-1900°C,可以得到高纯度的氮化硼。这个方法可以用来生产氮化硼，但是氯

7、化硼不便存运，而且气和反应不如反应③易操作。最后讨论反应③B2O3(s)+2NH3(g)=2BN(s)4-3H2O(g)ArHm0199.9kj・moUArSm0319.2j・mol」k"ArGm0=0时T=626.25K~353.1°C图表4此反应被称为硼酹法，在大于353°C时可白发进行，这个反应所需最低温度并不很高，但是同上而两个反应，要达到一定的速率和纯度，需要在800-1000°CK进行，由于B2O3熔点较低，会变成高粘度流体，阻碍氨气与其表而反应，故实际屮要加入高熔点物质如Ca3(PO4)2作填料。得到的产物可以在氨气氛围与1400°C以及

8、更高温度下继续纯化，能够得到纯度96%以上的氮化硼。此方法相比①②，更易于操作，技术要求也更低