BN的合成方案
一研究背景
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。因此氮化硼的高效，经济制备变成为了一个重要的问题。本次研究将主要从原料价格，环保方面进行考虑与探究。
二BN的性质
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10-6 Ω．cm；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。
三各种反应方法分析
1.1 B(s）+ 1/2N2 (g) = BN(s)
查表得
N2: △fHm=0 kJ/mol; △fGm=0 kJ/mol ;Sm=191.50J/mol/K;
B:△fHm=0 kJ/mol; △fGm=0 kJ/mol ;Sm=5.86 J/mol/K ;
BN: △fHm=-254.39 kJ/mol ; △fGm =-228.45 kJ/mol; Sm=14.81 J/mol/K；
经计算可知，△H=-254.39 kJ/mol;△S=-86.8 J/mol/K;△G=-228.4 kJ/mol <0,
结论：该反应可以自发进行，并且加热可以提升反应速率。
1.2 原料价格
单质硼:6000元/千克,氮气6000元/吨
B(s）+ 1/2N2 (g) = BN(s)
由计算得,制备1mol氮化硼至少需要60.1元.
1.3 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24 h之后在80 ℃下干燥24 h, 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 1 000 ～1 850 ℃,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20 mL / m in。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1 000 ～1 300 ℃，硼粉在1 050 ～1 350 ℃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 1 200 ℃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,以使生成的BN充分扩散。
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。
2.1 BCl3(g) + NH3(g) = BN(s)+3HCl(g)
查表得:
BCl3:△fHm=–403.8 kJ/mol; Sm=290.1J/mol/K ;△fGm=-388.7 kJ/mol ;
NH3: △fHm=-46.11 kJ/mol;Sm=192.34J/mol/K; △fGm=-16.48 kJ/mol ;
BN: △fHm =-254.39 kJ/mol ; Sm=14.81 J/mol/K ；△fGm =-228.45 kJ/mol;
HCl: △fHm =-92.31 kJ/mol ; Sm=186.80 J/mol/K；△fGm =-95.30 kJ/mol;
△G=58.3kJ/mol,反应低温不自发进行，高温可以进行.
2.2 原料价格
三氯化硼1500元/kg 氨气3000/吨
BCl3(g) + NH3(g) = BN(s)+3HCl(g)
由计算得: 制备1mol氮化硼至少需要176.7元.
2,3 实际操作
由于BCl3毒性比较大，反应产物HCI 对沉积系统有很大的腐蚀性，成本自然会大大增加，所以此方法实际上也并不具备实用价值。
2.4 环保
1.三氯化硼
a.性质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℃。在大气中,三氯化硼加热能和玻璃、陶瓷起反应,也能和许多有机物反应形成各种有机硼化合物。
b.健康危害侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。健康危害：对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有强烈的腐蚀作用。吸入后可因喉、支气管的痉挛、水肿，化学性肺炎、肺水肿而致死。中毒表现有烧灼感、咳嗽、喘息、喉炎、气短、头痛、恶心和呕吐。慢性影响：具有神经毒性。
c.毒性学资料急性毒性：LC501271mg/m3，1小时(大鼠吸入)
危险特性：化学反应活性很高，遇水发生爆炸性分解。与铜及其合金有可能生成具有爆炸性的氯乙炔。遇潮气时对大多数金属有强腐蚀性，也能腐蚀玻璃等。在潮湿空气中可形成白色的腐蚀性浓厚烟雾。遇水发生剧烈反应，放出具有刺激性和腐蚀性的氯化氢气体。
2.氨气氨气，无机化合物，常温下为气体，无色有刺激性恶臭的气味，易溶于水，氨溶于水时，氨分子跟水分子通过*氢键结合成一水合氨(NH3·H2O)，一水合氨能小部分电离成铵离子和氢氧根离子，所以氨水显弱碱性，能使酚酞溶液变红色。氨与酸作用得可到铵盐，氨气主要用作致冷剂及制取铵盐和氮肥。氨对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用，可以吸收皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破
坏细胞膜结构。氨的溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症液、尿液或呼吸排出体外
3.1 B2O3（s）+ 2NH3（g）= 2BN(s)+3H2O(g)
查表得:
B2O3:△fHm=-1273.5kJ/mol;Sm=54.0J/mol/K ;△fGm=-1194.3kJ/mol ;
NH3: △fHm=-46.11 kJ/mol; Sm=192.34J/mol/K;△fGm=-16.48 kJ/mol ;
BN: △fHm =-254.39 kJ/mol; Sm=14.81 J/mol/K;△fGm =-228.45 kJ/mol;
H2O: △fHm =-241.82kJ/mol ;Sm=188.72J/mol/K;△fGm =-228.59kJ/mol;
经计算可知，△H=131.48 kJ/mol;△S=157.1J/mol/K;△G=58.3kJ/mol, 反应低温不自发进行，高温可以进行
3,2 原料价格
氧化硼18500/吨氨气3000/吨
由计算得: 制备1mol氮化硼至少需要0.95元.
3.3 实际操作
反应生成除了我们需要的BN外仅有H2O生成，水没有腐蚀性和毒性,所及大大降低了维护成本和提高安全性,是可行的方案.
结论:经上述分析,明显第三种方法(B2O3（s）+ 2NH3（g）= 2BN(s)+3H2O(g))最具备可行性，原因有三：
（1）该反应虽也需加热但是比起其他两种条件更为简单,对设备要求不高.
（2）不会生成有害物质,符合安全性和环保性的要求.
（3）材料,维护成本低廉,可以大量生产,有市场竞争力和经济效益.
材料引用:
[1] .郭胜光.《氮化硼合成及应用的研究》.山东科技大学材料学院.2004年
[2]. 王运峰，林静春，《氮化硼的生产方法》，河南科技，1994,6：19
[3].张晓娜，《关于氮化硼合成的研究》，2010:2-3
[4].强亮生，许崇泉，《工科大学化学》，2009:27-28.
[5]. 强亮生，许崇泉，《工科大学化学》，2009:27-28.
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六方氮化硼（HBN）陶瓷的性质和用途 六方氮化硼是使用最普遍的氮化硼形态，为松散、润滑、易潮湿的白色粉末，真密度 2.29g/cm 3.，和石墨的晶体结构比较相近，为类似石墨的层状结构。 机械性能上，HBN是一种软性材料，莫氏硬度2，机械强度低但比石墨高。由于BN晶体的 类石墨层状结构，由片状晶体热压成型的致密HBN瓷体具有一定程度的定向排列，这种微 观组织使HBN制品的某些性能具有较明显的各向异性特性。热压HBN的机械性能在平行 于受压方向的强度比垂直于受压方向的强度大（见表1）。 表 1 HBN陶瓷的机械强度及其与石墨和Al2O3的对比 HBN 石墨Al2O3 平行方向垂直方向 抗压强度/MPa 315 238 35~80 1200~1900 抗弯强度/MPa 60~80 40~50 15~25 220~350 六方氮化硼热膨胀系数低，热导率高，所以抗热震性优良，在1200~20℃循环数百次也不破坏。无明显熔点，在0.1MPa氮气中于3000℃升华。在氮气气氛中最高使用温度2800℃， 在氧气气氛中的稳定性较差，使用温度900℃以下。表2为HBN和几种低热膨胀系数陶瓷 性能的比较。从表中可以看出，HBN的热膨胀系数相当于石英，但其热导率却为石英的10倍。 表2 HBN和其它材料的热性能 HBN BeO Al2O3滑石瓷ZrO2石英玻璃氟树脂 最高使用温度/℃900（氧气） 2800（氮气） 2000 1750 1100 2000 130 25 热导率[(w/m.k)] 25.1 255.4 25.1 2.51 2.09 1.67~4.19
六方氮化硼是热的良导体，又是典型的电绝缘体。常温电导率可达1016~1018Ω. cm ，即使在 1000℃，电阻率仍有1014~106Ω. cm 。HBN 的介电常数3~5。，介电损耗为（2~8）×10-4，击穿强度为Al 2O 3的两倍，达30~40kV/mm 。 HBN 有优良的化学稳定性。对大多数金属熔体，如钢、不锈钢、Al 、Fe 、Ge 、Bi 、Cu 、Sb 、Sn 、In 、Cd 、Ni 、Zn 等既不润湿又不发生作用。因此，可用作高温热电偶保护套，熔化金属的坩埚、器皿、输送液体金属的管道，泵零件、铸钢的模具以及高温电绝缘材料等。 六方氮化硼（HBN ）具有较高的热导率、低的介电常数和介电损耗、可靠的电绝缘性能、低的热膨胀系数、良好的抗热震性能、优异的加工性能、对大多数金属不浸润、质轻、透微波和红外线、非常高的耐热性等优异性能，是一种重要的宇航材料，在运载火箭、飞船、导弹、卫星等飞行器无线电系统中得到了广泛应用。 热膨胀系数/10-6℃-1 0.7（⊥） 7.5（∥） 7.8 8.6 8.7 10.0 6.5
氮化硼 中文名称:氮化硼(BN) 英文名称:boron nitride 熔点:2967℃ 密度:2.18g/cm3 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（HB N)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(W BN)。 外观与性状:润滑,易吸潮.氮化硼是白色、难溶、耐高温的物质。将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗称为白色石墨。另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B－N键长（156pm）与金刚石在C－C键长（154pm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材料，用于制作钻头、磨具和切割工具。 氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于10-6 Ω．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。 氮化硼产品简介英文名Boron Nitride 分子式BN 分子量24.81（按1979年国际原子量）质量标准企业标准（QJ /YH02·08-89）氮化硼是由氮原子和硼原子构成的晶体，该晶体结构分为六方氮化硼（HBN）、密排六方氮化硼（WBN）和立方氮化硼，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”。理论密度2.27g/cm3，比重2.43，莫氏硬度为2。六方氮化硼是具有良好的电绝缘性，导热性，化学稳定性；无明显熔点，在0.1MPA氮气中3000℃升华，在惰性气体中熔点3000℃，在中性还原气氛中，耐热到2000℃，在氮气和氩中使用温度可达2800℃，在氧气气氛中稳定性较差，使用温度1000℃以下。六方氮化硼的膨胀系数相当于石英，但导热率却为石英的十倍。 六方氮化硼不溶冷水，水煮沸时水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氮；与弱酸和强碱在室温下均不反应，微溶于热酸，用溶融的氢氧化钠，氢氧化钾处理才能分解。氮化硼的技术指标1、规格99 ，ＢＮ≥99%B2O3≤0.5%粒度D50(um)≤2.0 2、规格9 8 ，B N≥98% B2O3≤0.5%粒度D50(um)≤2.0 氮化硼的各项性能参数1、高耐热性3000℃升华，其强度1800℃为室温的2
陶瓷刀具的种类和性能 陶瓷作为非金属刀具材料，因其能实现高硬度材料的切削和高速切削，所以作为工业的牙齿在金属切削领域中广泛应用，本文根据陶瓷刀具（含立方氮化硼刀具）的种类和性能，浅谈它们的使用区别及其适合加工材质。 一，陶瓷刀具的种类及发展脉络 陶瓷刀具的种类及发展：陶瓷刀具最明显的发展线条是刀片的韧性依次增强：氧化铝陶瓷刀具—-复合氧化铝陶瓷刀具--氮化硅陶瓷刀具--立方氮化硼刀具。 在金属切削领域，氧化铝陶瓷刀具和氮化硅陶瓷刀具合称为陶瓷刀具；在无机非金属材料学中，立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类，立方氮化硼材料刀具的问世，是陶瓷刀具的革命。我国河南超硬材料研究所作为国内最早研究聚晶立方氮化硼材料刀具的研究所之一，最近推出纯氮化硼烧结体陶瓷刀具，其韧性和耐磨性能显着增加。 二，陶瓷刀具的性能及其在金属切削中的应用 陶瓷刀具比硬质合金刀片相比，可承受2000℃的高温，而硬质合金在800℃时则变软；所以陶瓷刀具更具有高温化学稳定性，可高速切削，但其缺 点是氧化铝陶瓷刀具的强度和韧性很低，容易破碎。因陶瓷刀具耐高温，对高温高速切削更有利，由于陶瓷热导率低，高温只在刀尖，高速切削所产生的热量都随切屑带走，所以大部分研究者认为：氧化铝陶瓷刀具能够，且最好高于硬质合 金切削的10倍线速度下进行切削，才能真正体现陶瓷刀具的优点。 为了减低陶瓷刀具对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷刀具的韧性比硬质合金刀片还是低得多。 另一个提高氧化铝陶瓷刀具韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相 当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。单受其抗冲击韧性限制，一直精车加工领域中使用。 和氧化铝陶瓷刀具一样，氮化硅陶瓷刀具比硬质合金刀片有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好，与氧化铝陶瓷刀具相比它的缺点是在加工
氮化硼 科技名词定义 中文名称： 氮化硼 英文名称： Boron nitride 定义： 由ⅢA族元素B和ⅤA族元素N化合而成的共价半导体材料。分子式为BN。有两种晶型，六方BN较软，称“白色石墨”，立方BN硬度高，与金刚石相当。 应用学科： 材料科学技术（一级学科）；半导体材料（二级学科）；化合物半导体材料（二级学科） 氮化硼 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)。 管制信息 本品不受管制 名称 中文名称：氮化硼 英文别名：Boron nitride CAS号 10043-11-5 EINECS号 233-136-6 化学式 BN 相对分子质量 24.82 性状 六方晶系结晶。最常见为石墨晶格。有一种一氮化硼立方结晶的变体被认为是已知的最硬的物质。也有无定形变体。具有抗化学侵蚀性质。不被无机酸和水侵蚀。在热浓碱中硼碳键被断开。1200℃以上开始在空气中氧化。稍低于3000℃时开始升华。真空时约2700℃开始分解。微溶于热酸，不溶于冷水。相对密度2.25。熔点3000℃。 储存 密封保存。 用途 制造合金、耐高温材料。半导体。核子反应器。润滑剂。 制取 将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗称为白色石墨。另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B－N键长（156pm）与金刚石在C－C键长（154pm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材
六方氮化硼微片性能参数 六方氮化硼微片性能参数，大部人可能都不大了解。那什么是氮化硼？氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体（BN）,其化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮。氮化硼按晶型分，氮化硼被分为六方氮化硼、立方氮化硼、菱方氮化硼和纤锌矿氮化硼。下面就由先丰纳米简单的介绍六方氮化硼微片性能参数。 六方氮化硼性能参数： 1、高耐热性：3000℃升华，其强度1800℃为室温的2倍，1500℃空冷至室温数十次不破裂，在惰性气体中2800℃不软化。 2、高导热系数：热压制品为33W/M.K和纯铁一样，在530℃以上是陶瓷材料中导热最大的材料。 3、低热膨胀系数：2×10-6的膨胀系数仅次于石英玻璃，是陶瓷中最小的，加上其具有高导热性，所以抗热震性能很好。 4、优良的电性能：高温绝缘性好，25℃为1014Ω-cm,2000℃还可以达到103Ω-cm,是陶瓷中的高温绝缘材料，介电常数为4，可透微波和红外线。 5、良好的耐腐蚀性：与一般金属（铁、铜、铝、铅等）、贵重金属，半导体材料（锗、硅、砷化钾），玻璃，熔盐（水晶石、氟化物、炉渣）、无机酸、碱不反应。 6、低的摩擦系数：U为0.16，高温下不增大，比二硫化钼，石墨耐高温，氧化气氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。 7、高纯度含硼高：其杂质含量小于10PPM，而含硼大于43.6%。
8、可机械加工性：其硬度为莫氏2，所以可用一般机械加工方法加工成精度很高的 零部件制品。 如果想要了解关于更多的六方氮化硼内容，欢迎立即咨询先丰纳米公司。 先丰纳米是江苏先进纳米材料制造商和技术服务商，专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳 米管、分子筛、黑磷、银纳米线等发展方向，现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜 完整生产线。 自2009年成立以来一直在科研和工业两个方面为客户提供完善服务。科研客户超过 一万家，工业客户超过两百家。 南京先丰纳米材料科技有限公司2009年9月注册于南京大学国家大学科技园内，现 专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、银纳米线等发展方向，立志做先进材料及 技术提供商。 2016年公司一期投资5000万在南京江北新区浦口开发区成立“江苏先丰纳米材料科技有限公司”，建筑面积近4000平方，形成了运营、研发、中试、生产全流程先进纳米 材料制造和技术服务中心。现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线，2017年年产高品质石墨烯粉末50吨，石墨烯浆料1000吨。 欢迎广大客户和各界朋友莅临我司指导！欢迎电话咨询或者登陆我们的官网进行查看。
论文题目：立方氮化硼刀具特点及应用设计 2013年11月25日
目录
立方氮化硼刀具特点及应用设计 摘要： 立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料，它具有优良的物理力学性能，具有硬度高、韧性好、热稳定性高和化学惰性大等特点。因此在切削加工的各个方面表现 出了优异的切削性能,特别适宜于加工各种淬硬钢、冷硬铸铁等难加工材料。本文 介绍CBN刀具材料的切削性能,以及在加工过程中的使用特点和应该注意的问题， 为在机械加工行业推广奠定基础。 关键词： CBN(立方氮化硼)；PCBN（聚晶立方氮化硼）；刀具；材料；切削性能 Cubic Boron nitride Cutting Tool Characteristics and Application Design Abstract: Cubic boron nitride (CBN) is a pure synthetic material, which has such excellent physical and mechanical properties as high hardness, good toughness, high thermal stability and chemical inertness etc. Therefore, in various aspects of cutting it showed excellent performance, and is particularly suitable for processing all kinds of hardened steel, cast iron and other hard materials processing. This paper introduces the cutting performance of CBN tool materials, as well as how to use this tool and the problems that should be paid attention to during the process, for the purpose of laying a foundation to its application in mechanical processing. Key Words:cubic boron nitride; polycrystalline cubic boron nitride; cutting tool; material; cutting performance 1 引言 立方氮化硼(Cubic Boron Nitride简称CBN)由于具有高硬度，高耐磨性，低摩擦系数，高热传导率、良好的耐热性和化学稳定性等这些独特的特性组合，使其成为加工各类铁族金属材料的有效工具，并被誉为“过去半个世纪提高工业生产率的最大贡献之一”。CBN的优异性能，特别是在汽车发动机制造行业，CBN 已在工业发达国家得到了较为普遍的应用和迅速的发展。目前美国、欧洲、日本的汽车发动机轴类零件（曲轴、凸轮轴）的精加工几乎普及了CBN砂轮磨削，我国从90年代至今，一直在从事这方面的研究工作，其数控磨床的制造CBN刀
聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具及存在的问题 作者：admin 发表时间：2011-12-23 11:17:49 点击：132 CBN颗粒的大小不但对PCBN刀具的切削表面质量有影响，而且对PCBN烧结时粘结剂的烧结能力起到一定的作用。一般来说，CBN颗粒度越小，PCBN刀具切削表面质量越好，刀具抗冲击能力和耐磨性越好，因此，在加工淬硬钢并且要求高的表面质量（即实现PCBN刀具的“以车代磨”）时，PCBN刀具所采用中的CBN颗粒应取较小值。但另一方面，由于PCBN刀片的烧结是通过“毛细现象”即各种粘结剂元素渗透到CBN颗粒之间实现的，如果CBN颗粒太小，CBN颗粒间的间隙就会减小，从而使得粘结剂元素的渗透量减小。因此，烧结时CBN颗粒又应选得大一些。综合考虑以上两种因素，CBN烧结时应多选择混合粒度，并根据所选粘结剂粘结能力的不同而确定不同的粒度范围。 （3）CBN晶粒含量 PCBN刀具中的CBN晶粒含量对PCBN刀具的硬度、导热性有较大的影响。CBN含量越高，刀具的硬度越高，导热性越好。高含量PCBN刀具（一般CBN含量为80%～90%）是以CBN之间的直接结合为主，具有高硬度和高导热性。这类PCBN刀具适合加工高硬度合金和组织中含有高硬质点的材料，如冷硬铸铁、耐热合金等。目前此类刀具刀片主要有GE公司的BZN6000，Element Six公司的AMB90，住友电工公司的BN100、BN600等。低含量PCBN刀片多为陶瓷粘结剂，耐热性好，易于加工淬硬钢（合金钢、轴承钢、模具钢、碳钢等），利用切削区内热滞留高温形成的金属软化效应进行切削。GE公司的BZN8100、BZN8200，Element Six公司的DBC50，住友电工公司的NB300、NB220以及山高公司的CBN10、CBN100、CBN150等均属于此类。 （4）粘结剂 CBN烧结所需的粘结剂：①物理化学性能越接近CBN越好，这样不会过多的削弱烧结后PCBN刀具的切削性能；②易于达到熔点温度或在此温度下具有较好的塑性；③相对于CBN具有足够的化学活性，具有使六方氮化硼（HBN）向CBN转化的催化性。 目前，常用到的粘结剂按其物理化学性质可分为金属粘结剂（如Ni、Co、Ti、Ti-Al 等）和陶瓷粘结剂（如TiN、TiC、TiCN、Al2O3等）；按作用可分为催化剂（如Al、AlN、AlB2、Si等）和溶解剂（如Ti、Ni、Co、TiN、TiC、TiCN等）。粘结剂种类和含量都对PCBN刀片的性能有不同的影响。碳化物、氮化物、碳氮化物可以提高PCBN刀片的抗化学磨损能力和抗冲击能力，但含量过高会降低刀具硬度，使刀具寿命缩短；钴是最常用的粘结剂，可以提高CBN烧结时的烧结度；Ti陶瓷粘结剂可以提高PCBN刀片的韧性；铝及铝的化合物可与CBN颗粒及其它粘结剂发生反应，使CBN颗粒粘结得更加牢固，提高刀具耐磨性；Si和Al、AlN、AlB2的混合物是HBN向CBN转化的有效催化剂，在陶瓷粘结剂里加入少量的Al、Si还可以增强CBN间的粘结，形成连续的陶瓷相；以铝化镍作为粘结剂的PCBN复合片导电性好，适于采用低成本电火花进行切割。
氮化硼三种合成方法的讨论 摘要:氮化硼是一种重要的化工原料,它是一种耐高温的材料,一页是一种优良的绝缘材料，在耐火材料和电子工业中已得到广泛的应用。本文从反应方向，原料价格及环保等方面对三种氮化硼合成方法进行了比较和探究。 一、引言 1、氮化硼简介 氮化硼的分子式为BN，它是由氮原子和硼原子组成的化合物。具有四种不同的结构：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)。氮化硼于碳是等电子体，具有抗化学侵蚀性质，不被无机酸和水侵蚀。1200℃以上开始在空气中氧化，稍低于3000℃时开始升华，真空时约2700℃开始分解。微溶于热酸，不溶于冷水，相对密度2.25，熔点3000℃。 硼，原子序数5，原子量10.811。硼为黑色或银灰色固体。晶体硼为黑色，熔点约2300℃，沸点3658℃，密度2.34克/立方厘米；硬度仅次于金刚石，较脆。 氯化硼，无色发烟液体或气体，有强烈臭味，易潮解。熔点 -107.3℃沸点：12.5℃溶解性溶于苯、二硫化碳 三氧化二硼（化学式：B2O3）又称氧化硼，是硼最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体，一般以无定形的状态存在，很难形成晶体，但在高强度退火后也能结晶。它是已知的最难结晶的物质之一。
二、 反应方法分析 合成氮化硼有以下三种方法： 1、 用单质B 与N 2反应： B(s) + 1/2N 2(g) = BN(s) 2、 用BCl 3与NH 3反应: BCl 3(g) + NH 3(g) = BN(s) + 3HCl(g) 3、 用B 2O 3与NH 3反应: B 2O 3 (s) + 2NH 3(g) = 2BN(s) + 3H 2O(g) a 、反应方向 查找书后附录可知： 1、 B(s)： 1()f m kJ mol H -Θ? = 0；1 ()f m G kJ mol Θ-? = 0； 11()f m S J mol K Θ--?? = 5.86； N 2(g)： 1()f m kJ mol H -Θ? = 0；1 ()f m G kJ mol Θ-? = 0； 11()f m S J mol K Θ--?? =191.50； BN(s)： 1()f m kJ mol H -Θ? = -254.39；1 ()f m G kJ mol Θ-? = -228.45； 11()f m S J mol K Θ--?? =14.81； 1()r m kJ mol H -Θ? = -254.39；11 ()r m S J mol K Θ--?? =-86.8； 该反应的标准吉布斯函数变为：
碳化硼特性 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
碳化硼特性 B 4 C 具有高熔点、高硬度、低密度等优良性能，并具有良好的中子吸收能力 和抗化学侵蚀能力，因而广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、宇航等领域。化学计量分子式为 B 4C,碳化硼存在许多同分异构体,含碳量从8％-20％,最 稳定的碳化硼结构是具有斜方六面体结构的B 13C 2 、B 13C 3、B 4C 和其它接近于B 13C 3的相。碳化硼斜方六面体结构中包括12个二十面的原子团簇，这些原子团簇通过共价键相互连接，并在斜方六面体的对角线上有一个三原子链。多硼的十二面体结构位于斜方六面体的顶点。硼原子和碳原子可以在二十面体和原子链上互相替代 ，这也是碳化硼具有如此多的同分异构体的主要原因。正因为碳化硼的特殊结构，使之有很多优 良的物理、机械性能。 碳化硼最重要的性能在于其超常的硬度(莫氏硬度为，显微硬度为55GPa-67G Pa)，是最理想的高温耐磨材料；碳化硼密度很小，是陶瓷材料中最轻的，可用于航天航空领域；碳化硼的中子吸收能力很强，相对于纯元素B 和Cd 来说，造价低、耐腐蚀性好、热稳定性好，广泛用于核工业，碳化硼中子吸收能力还可以通过添加B 元素而进一步改善；碳化硼的化学性能优良，在常温下不与酸、碱和大多数无机化合物反应，仅在氢氟酸一硫酸、氢氟酸一硝酸混合物中有缓慢的腐蚀，是化学性质最稳定的化合物之一；碳化硼还具有高熔点、高弹性模量、低膨胀系数和良好的氧气吸收能力等优点。 不可否认，相对于其它陶瓷材料而言，碳化硼的强度和韧性略显偏低，尤其是断裂韧性低，影响了该材料的可靠性和应用性。但是可利用晶粒细化，相变韧化，相复合等多种手段使碳化 硼材料强韧化。众所周知，碳化硼的烧结温度过高、抗氧化能力差以及对金属的稳定性
1 概述 超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。随着现代制造业（尤其是汽车制造业）的快速发展，超硬 刀具的生产及应用也逐年快速增长。图1、图2分别为PCD刀具和PCBN 刀具近十几年来全球销售额的增长情况。至1997 年，PCD刀具年销售额已达2.3亿美元，PCBN刀具年销售额为1.7亿美元。 超硬刀具大部分用于汽车零部件的切削加工。图3、图4分别为1995年全球PCD刀具和PCBN 刀具在各应用领域的销量份额。其中，PCD刀具的60%用于汽车制造业，近30%用于木工刀具 (至九十年代末期PCD木工刀具的份额已占到40%)；PCBN 刀具的1/2用于汽车制造业，约 20%用于重型设备(如轧辊等)的加工。 近年来，随着CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，可实现高效率、高稳定性、 长寿命加工的超硬刀具的应用也日渐普及，同时引入了许多先进的切削加工概念，如高速切削、硬态加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。超硬刀具已成为现代切削加工中不可缺少的重要手段。 2 超硬刀具的主要品种及特点 (1) PCD金属切削刀具 PCD金属切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。 近年来焊接式PCD刀具中发展较快的品种是带标准刀柄的PCD刀具，如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。这种刀具（尤其是多齿刀具）的特点是切削刃对刀柄的跳动小（如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为0.002mm），尤其适合于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。例如，采用铝基体刀盘的PCD高速铣刀（六刃，直径100mm），最高转速可达20,000R/MIN, 以上，切削速度可达7,000M/MIN，适合于汽车零部件的成形面加工。https://www.doczj.com/doc/e51703736.html, 非标工装夹具设计CNC精密零件加工焊接工装夹具制
氮化硼粉休的台成研究 刘军１雷玉成１包旭东１张跃冰２ （‘江苏大学材料科学与工程学院镇江?２１２０１３） （２哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨?１５０００１） ， 摘要以尿素、硼酸为原料合成一种六方氮化硼ｔ－ＢＮ（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｅｂｏｒｏｎｎｉｔｒｉｄｅ）粉体。实验采用两步合成法，第一步在近似密闭的容器中将混合好的原料缓慢加热至９００℃左右，形成无定形ＢＮ，然后在氮气氛下将无定形ＢＮ加热至１２００＂（：以上保温，使其转化成ｔ－ＢＮ。用ＸＲＤ、ＳＥＭ及激光粒度分析等手段对所制备氮化硼粉体进行研究。发现所制备的氮化硼粉体是较纯的ｔ－ＢＮ，且为平均粒径在亚微米尺寸的球形颗粒。 关键词氮化硼粉体合成 ＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅｏｆＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅＰｏｗｄｅｒ ＬｉｕＪｕｎＬｉｅＹｕｃｈｅｎｇＢａｏＸｕｄｏｎｇＺｈａｎｇＹｕｅｂｉｎｇ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ?２１２０１３ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｒｅｃｉｓｉｏｎＨｏｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＭｅｔａｌｓ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｅｒｂｉｎ?１５０００１ Ａｂｓｔｒａｃｔｔ－ＢＮ（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｃｂｏｒｏｎｎｉｔｒｉｄｅ）ｐｏｗｄｅｒＷａＳｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｕｓｉｎｇｕｒｅａａｎｄｂｏｒｉｃａｃｉｄａｓｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｙｎｔｈｅ－ｓｉｚｅａｍｏｒｐｈｏｕｓｂｏｒｏｎｎｉｔｆｉｄｅ，ｔｈｅｍｉｘｅｄｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｈｅａｔｅｄｔｏ９００。Ｃｓｌｏｗｌｙｉｎａｑｕａｓｉ－ｃｌｏｓｅｄｖｅｓｓｅｌ．Ｔｈｅｎ．ａｎｍｒｐｈｏｕｓｂｏｒｏｎｈｉ－ｔｒｉｄｅｐｏｗｄｅｒｗ罄ｈｅａｔｅｄｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｔｏ１２００。Ｃｏｒａｂｏｖｅｆｏｒｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｌｉｏｎｏｆｔ－ＢＮ．Ｔｈｅｔ－ＢＮｐｏｗｄｅｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＳＥＭａｎｄｌａｓｅｒｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙａｎａｌｙｚｅｒ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅＢＮｐｏｗｄｅｒｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｗａｓｐｕｒｅｔ—ＢＮｗｉｔｈａｓｉｚｅｏｆｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｎａｎｄａ ｓｈａｐｅｏｆｇｌｏｂｕｌａｒ． ＫｅｙｗｏｒｄｓＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅＰｏｗｄｅｒＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅ １前言 六方氮化硼是一种具有优良导热性能的陶瓷材料，可作为高温固体润滑剂及高温绝缘材料使用，在航空航天等领域有着广泛的应用前景。但是，由于高性能六方氮化硼粉体制备成本较高，且烧结性能较差，对其应用产生一定的不利影响。近年来，另一种晶型的ＢＮ受到普遍关注，这种ＢＮ被称为ｔ—ＢＮ（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｃｂｏｒｏｎｎｉｔｒｉｄｅ），可以看成是六方氮化硼的一种形态，这种六方氮化硼与一般的六方氮。化硼ｈ－ＢＮ不同，ｈ－ＢＮ结构中原子层是按ａｂａｂａｂ……的方法有序堆垛的，而ｔ—ＢＮ结构中原子层的排列是随机的。ｔ－ＢＮ与ｈ＇ＢＮ的性能相似，它的烧结性能优于ｈ－ＢＮ，且在高温下会转化成ｈ－ＢＮ的有序层状结构＂ｊ。 ２实验方法 以化学纯硼酸和尿素为原料，四硼酸钠为助熔剂，为保证有足够的氮与硼反应，在进行原料配比时应控制氮与硼的摩尔比在２－３之间为宜，助熔剂为０－２０％。将原料混合均匀后放人氧化铝坩埚，在箱式炉中加热至９００℃，短时保温１０－２０分钟，取出后粉碎磨细，在氮气氛下加热至１３００。（：，保温２小时。将制得的粉体研磨后先后用稀盐酸和热蒸馏水 ?３ｌ?
立方氮化硼的性质与应用 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4种不同的变体：六方氮化硼(HBN )、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿型氮化硼(WBN)。 第一节氮化硼的结构 氮、硼原子采取不同杂化方式互相作用，可形成不同结构的氮化硼晶体。当氮、硼原子以SP2方式杂化后，由于键角为120°，成键后形成与石墨类似的平面六角网状结构分子，这种大的平面网状分子采取不同的空间堆垛方式后，又可形成不同的结构—六方氮化硼(HBN)和菱方氮化硼(RBN)。 一、六方氮化硼 六方氮化硼具有与石墨类似的结构，外观为白色，因而有时也称该种氮化硼为类石墨氮化硼或白石墨。 六方氮化硼的结构如图14-1所示，层状排列为AA'AA '…类型，晶格常数a=0.251nm，c=0.670 ±0.04 nm，密度ρ为2.25g/cm3。 六方氮化硼在空气中非常稳定，能耐2270K高温；在3270K时升华。氮化硼具有良好的绝缘性、导热性和化学稳定性，不溶于冷水，水煮沸时水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氢。与弱酸和强碱在室温下均不反应，微溶于热酸，用熔融的氢氧化钠、氢氧化钾处理才能分解，利用这一性质，可以将立方氮化硼从六
方氮化硼中分解出来。 二、菱方氮化硼 菱方氮化硼的结构如图14-2所示，层状排列为ABCABC…类型。晶格常数a= 0.2256nm，c=0.4175nm，密度ρ为2.25g/cm3。 菱方氮化硼具有与六方氮化硼相同的性质，不能用物理方法将其分开。菱方氮化硼层间的ABCABC…排列更有利于向立方氮化硼转变，因而有人用菱面体氮化硼在冲击压缩中直接得到了立方氮化硼。
立方氮化硼的晶体特性及光吸收的研究 【摘要】立方氮化硼（（CubieBoronNitride cBN）是一种人工合成的半导体材料，有很优异的物理、化学性质。cBN禁带较宽，宽度达 6.4eV，截止波长为193nm，非常适合用于深紫外日盲区的探测。与其它用于紫外光探测的材料相比cBN具有介电常数小、禁带宽度更大、寄生电容小、工作温度高、器件的响应速度快、抗高能粒子辐射、耐腐蚀等优点，而且材料的击穿电压较高，是一种发展前景广阔的半导体材料。本文对立方氮化硼结构及对光吸收进行研究，指出其性质特点，揭示光吸收机理。 【关键词】立方氮化硼;晶体;光吸收 1.引言 立方氮化硼（cBN）晶体是人工合成的晶体，是自然界不存在的一种原生矿，到目前为止，还没有发现天然的cBN 晶体。1957年，美国采用超高压技术合成出cBN[1]，20世纪60年代初，前苏联、德国、日本和英国也相继成功地合成出了cBN，1966年，郑州的磨料磨具磨削研究所成功合成出中国第一颗cBN，从而拉开了中国cBN的研究序幕。cBN单晶的熔点高，硬度大、热传导率高，这与金刚石晶体很相似，从化学稳定性、抗氧化性等方面来讲，cBN晶体更显优越。n型、p型的cBN晶体可通过杂质掺杂技术可以得到，它是结构最简单的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，在Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族的化合物材料中，cBN晶体的禁带宽度最大。cBN是一种典型超硬材料，不但在机械加工领域已经得到了广泛应用，在高温、高功率宽带器件及微电子学领域也有着广泛的应用前景，它可作为光的高次谐波发生器、光学整流器、电光调制器、光参量放大器、可见-紫外光转换器等。立方氮化硼材料的特性及对光的吸收研究对航空、严酷环境条件下应用器件的突破及国民经济各领域都有着重要的现实意义。 2.立方氮化硼晶体的结构和性质 2.1 立方氮化硼晶体的结构 图1 立方氮化硼的晶体结构 图2 晶体中B、N原子排列构成正四面体 立方氮化硼晶体的堆垛方式是ABCABC…的形式，BN的形成原因可利用杂化轨道理论解释。到目前为止，氮化硼有五种相：sp2杂化、sp3杂化的相各两种，分别是六角和菱面体氮化硼、六方和立方氮化硼;混合相一种：sp2与sp3杂化。氮化硼的相结构在一定的条件下可相互转变。cBN具有类似于金刚石的晶体结构，如图1和图2所示，每一层结构都是按紧密堆积的原则形成，由硼原子和
立方氮化硼刀片硬车淬火SKD11与渗碳淬火20CrMnTi对比 （华菱超硬CBN刀具研发部） SKD11材料淬火工艺及硬度与渗碳淬火20CrMnTi不尽相同，最大区别在于其淬火后的内部组织变化，对切削力的影响有很大差别。本实验采用同一种立方氮化硼刀片牌号对两种淬硬材料进行车削，以期得出最优化的刀片刃口参数以及最优化的切削用量。 SKD11材料的淬火硬度与性能 SKD11是日本高耐磨冷作模具钢材,相当于中国的Cr12MoV, 其韧性较Cr12 钢高，淬火时体积变化最小，常用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。SKD11淬火后硬度一般在HRC55-64之间（空冷的话硬度一般在HRC58以上,油冷的话能淬硬到HRC64）， 20CrMnTi材料的淬火硬度与性能 20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，表面硬度一般在HRC50-62之间，具有较高的低温冲击韧性，常用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。 热后硬车用立方氮化硼刀片的正交试验 刀具材料：立方氮化硼刀片，牌号：华菱BN-H10；刀片型号CNMA120408； 试切工件：1，Skd11淬火后硬度62HRC；2，20CrMnTi淬火后硬度58HRC。 立方氮化硼刀片的刃口处理：负倒棱0.1*20度；0.1*15度；0.1*25度；0.2*20；0.2*15度；0.2*25度。 切削参数：吃刀深度ap=0.25mm；走刀量0.1mm/min;线速度(单位m/min)分别为70m;90;110;130;150;180. 车削时间：45分钟。刀具磨损测量：后刀面磨损宽度。 对比结果： 1，硬车SKD11时，立方氮化硼刀片在0.1*20度，线速度为120m/min时，刀具磨损量最小；如图一曲线。 2，硬车渗碳淬火后的20CrMnti时，立方氮化硼刀片在0.1*15度，线速度为90m/min时，刀具磨损量最小；如图二曲线。
目录 摘要 .............................................................................................................................. I ABSTRACT ................................................................................................................... III 第1章绪论 (1) 1.1论文的背景及研究目的和意义 (1) 1.2氮化硼的分类、结构与基本性质 (3) 1.2.1 氮化硼的分类和结构 (3) 1.2.2 氮化硼的基本性质 (4) 1.3氮化硼纳米材料和薄膜材料的研究现状 (4) 1.3.1 一维氮化硼纳米材料 (5) 1.3.2 二维氮化硼纳米片 (7) 1.3.3 三维氮化硼纳米材料 (9) 1.3.4 氮化硼薄膜材料 (11) 1.4氮化硼纳米和薄膜材料的性质与应用 (12) 1.5硼碳氮的分类、结构与基本性质 (14) 1.5.1 硼碳氮的分类和结构 (14) 1.5.2 硼碳氮的基本性质 (15) 1.6硼碳氮纳米材料的研究现状 (15) 1.6.1 一维硼碳氮纳米材料 (16) 1.6.2 二维硼碳氮纳米材料 (17) 1.7硼碳氮纳米材料的性质与应用 (18) 1.8本文的研究内容 (20) 第2章实验方法 (22) 2.1实验原料与设备 (22) 2.1.1 实验原料 (22) 2.1.2 实验设备 (23) 2.2材料制备方法 (23) 2.2.1 催化热蒸发法 (23) 2.2.2 催化等离子体化学气相沉积法 (23) 2.3材料表征方法 (24) 2.3.1 形貌及结构的表征方法 (24) 2.3.2 性能测试方法 (25)
合成化学报告 课题：氮化硼的制备方法研究 班级：应化0802班 姓名：杨晓娜 学号：1505080922
一.氮化硼的性能、用途 氮化硼，俗称又称“白色石墨”是白色、难溶、耐高温的物质，具有润滑，易吸潮性，由氮原子和硼原子构成的晶体，该晶体结构分为六方氮化硼（hBN）、密排六方氮化硼（wBN）和立方氮化硼(cBN)。氮化硼可着润滑剂、电解、电阻材料、添加剂和高温的绝缘材料；也可用着航天航空中的热屏蔽材料、原子反应堆的结构材料、飞机、火箭发动机的喷口；电容器薄膜镀铝、显像管及显示器镀铝等；各种保鲜镀铝包装袋等。 （一）六方氮化硼的用途 六方氮化硼是一种耐高温、耐腐蚀、高导热率、高绝缘性以及润滑性能优良的材料，被广泛地应用于石油、化工、机械、电子、电力、纺织、核工业、航天等部门。 1．利用六方氮化硼优良的化学稳定性，可用作熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、火箭喷口、大功率器件底座、熔化金属的管道、泵零件、铸钢的模具等。 2．利用六方氮化硼的耐热耐蚀性，可以制造高温构件、火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流件发电机的耐蚀件等。 3．利用六方氮化硼的绝缘性，广泛应用于高压高频电及等离子弧的绝缘体以及各种加热器的绝缘子，加热管套管和高温、高频、高压绝缘散热部件，高频应用电炉的材料。 4．利用六方氮化硼的润滑性，氮化硼作为润滑剂使用时，它可以分散在耐热润滑脂、水或溶剂中；喷涂在摩擦表面上，待溶剂挥发而形成干模；填充在树脂、陶瓷、金属表面层作为耐高温自润滑复合材料。氮化硼悬浮油呈白色或黄色，因而在纺织机械上不污染纤维制品，可大量用在合成纤维纺织机械润滑上。 5．六方氮化硼还可用作各种材料的添加剂。由氮化硼加工制成的氮化硼纤维，为中模数高功能纤维，是一种无机合成工程材料，可广泛用于化学工业、纺织工业、宇航技术和其他尖端工业部门。 （二）立方氮化硼的用途 立方氮化硼更是一种集多种优异功能于一身的多种功能材料，它的硬度仅次于金刚石，但稳定性高于金刚石。立方氮化硼具有高稳定性、高热导率、高硬度
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。在现代工业中，氮化硼已广泛应用在在耐火材料和电子工业中得到广泛的应用。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，有别称“白石墨”，是一种性能优异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) [1]。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 具有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，而石墨有良好的导电性。[2] 1．2立方氮化硼 立方氮化硼有优异的物理化学性能，硬度仅次于金刚石，另外还具有很高的强度，在许多领域中有应用前景。[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又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。[3]
针对加工制动鼓出现的问题研制的立方氮化硼刀具 制动鼓是汽车零部件中的主要消耗品，并且随着汽车市场的飞速发展，下 游行业如机械制造厂也迅速崛起，但与此同时问题也随之产生，故现在对包括 制动鼓在内的汽车零部件的质量要求极为严格。 加工制动鼓的要求：一是表面光洁度一般在Ra1.6之内，表面粗糙度要求高，二是批量生产制动鼓，采用数控车床高速加工制动鼓，节约加工时间，这 两方面都必须达到，必须保证刀具具有良好的加工性能，如硬度，耐磨性和使 用寿命等。 目前，加工制动鼓常见的刀具材料有硬质合金刀具和立方氮化硼刀具，硬 质合金刀具还是主要刀具，但对于大批量生产的制动鼓常会选择立方氮化硼刀具，原因在于一是硬质合金刀具对线速度敏感，不能高速切削，对于少量制动 鼓的加工选择硬质合金刀具较经济，大批量生产制动鼓就会影响整体加工效率；原因二是立方氮化硼刀具不仅硬度高，耐磨性和抗冲击性强，对线速度不敏感，可高速切削，提高加工效率。尤其是华菱超硬研制的立方氮化硼刀具BN-S30牌 号和BN-K20牌号加工制动鼓效率显著提高。 下面就针对加工制动鼓时传统刀具出现的问题及制动鼓本身的问题推出的 方案。 一、针对粗加工制动鼓华菱超硬BN-S30牌号的解决方案（如下图）： 加工效果：华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S30牌号与涂层硬质合金刀具相比：在走刀量是涂层硬质合金刀具的2倍，线速度是涂层硬质合金刀具的1.8倍的 基础上，单刃寿命是涂层硬质合金刀片的20倍。 二、针对精加工制动鼓华菱超硬BN-K20牌号的解决方案（如下图）：
加工效果：华菱超硬立方氮化硼刀具BN-K20牌号与其他厂PCBN刀片相比：粗糙度可保证粗糙度保证在Ra1.0之内，并且单刃寿命是其他厂PCBN刀具的 1-2倍。 三、针对精加工制动鼓华菱超硬BN-S30牌号的改进 华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S30牌号属于非金属粘合剂立方氮化硼刀具，粗，精加工均可。并且经过改进之后精加工制动鼓效果更突出，改进一是由刚 开始的4个刃口菱形刀片改进成8个刃口的正方形刀片；改进二是圆弧角调小。 延伸阅读：华菱提供如下难加工材料和高效率加工方面的刀具产品及解决 方案： 1，高硬度铸铁/铸钢的加工,如:高铬铸铁、白口铸铁、镍硬铸铁等高硬度 合金铸铁，高锰钢等耐热耐磨钢的粗加工和精加工【可拉荒粗车有夹砂、气孔 的铸件毛坯】 2，热处理后的高硬度工件加工,如:淬硬轴承钢、渗碳钢、氮化钢、工具钢、模具钢热后硬切削，可断续切削【刀片的韧性和耐磨性能优异；单边背吃刀量 ap可达7.5mm，可加工HRC45-HRC79之间的高硬度钢件】 3，其他难切削材料类：高温合金、粉末冶金，难熔合金及碳化钨，镍基，钴基合金的加工以及热喷涂喷焊件的硬面加工【可订做非标，来图来样加工】 4，普通灰口铸铁、珠光体球墨铸铁的高速切削【刀具寿命是合金刀具寿命的10-20倍】