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導熱不導電,“白石墨”六方氮化硼的奇妙應用

2021-09-17 09:46:50

說到氮化硼(h-BN),引人樂道的就是它優異的熱性能。身為陶瓷材料中導熱的材料之一,h-BN的結構與石墨類似,具有六方層狀結構,呈現松散、潤滑、質輕質軟等性狀,可,又由于其色為白,因此也被稱為“白石墨”。h-BN的優勢并不于此,它不是熱的良導體,而且還是典型的電緣體——常溫電導率可達1016~1018Ω/cm(1000℃時仍達1014~106Ω/cm);介電常數3~5。介電損耗為(2~8)*10-4,擊穿強度為Al2O3的兩倍,達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,而燒制條件以及產品后處理會直接影響純度,因此制備高純度的六方氮化硼顆粒是其廣泛應用的前提。而在不同領域中,就算是同一成分的原料,由于使用目的不同,原料規格自然也有所差異。


產品型號

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


2、導熱填料


BN作為填料已經廣泛應用于導熱復合材料,可解決熱導材料與處于運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,制備的復合材料熱導率 180W/(m·K),是迄今為止熱導率,高的納米復合材料。添加了氮化硼粉末的導熱硅膠片,可在壓縮力下表現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惰性,使得氮化硼涂層可用來保護鋁、鎂、鋅合金等材料免受高溫氧化。當將氮化硼涂層包覆耐火材料或陶瓷器皿后,即使溫度1273K時,氮化硼涂層也能有效保護其抗氧化。


4、脫模劑


普通的潤滑油及弗素樹脂、石墨等,在的高溫環境下都會失去潤滑功能。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、高緣高導熱陶瓷制品


氮化硼陶瓷具有良好的耐熱性、熱穩定性、導熱性、高溫介電強度,是理想的散熱材料和高溫緣材料。由于其化學穩定性好,因此能抵抗大部分熔融金屬的浸蝕;制品硬度低(莫氏強度2)因此可進行精度為1/100mm的機械。常用于制造熔煉半導體的坩堝及冶金用高溫容器、半導體散熱緣件、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,其硬度次于金剛石而遠遠高于其它材料,并且也是理論的低溫穩定相。利用h-BN在觸媒參與下,在高溫(1800℃)、高壓(800Mpa)下轉變為堅硬如金剛石的c-BN氮化硼,是當前合成氮化硼的主要方法之一.


7、化妝品


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


小結


如今,納米技術的興起也帶動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構,因其在光電、及日化等領域中展現出的優勢,也引起了科研人員的興趣。但由于成本問題,大規模應用仍有難度,因此研發出更為經濟可行的生產工藝將是氮化硼材料未來發展的主要方向之一。


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