中国的氮化硼生产和应用
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聚晶立方氮化硼材料的性能及其应用立方氮化硼(BoronNitride,BN)是一种新兴的材料,由于它具有优异的物理和化学特性,而被越来越多地应用于航空航天材料以及高分子复合材料的研究和开发中。
聚晶立方氮化硼材料是立方氮化硼材料中的一种,它通过两种不同的技术进行制备,其中包括化学气相沉积法和真空热熔技术。
它具有极低的氧化性,优异的电绝缘性和热稳定性,耐腐蚀性,抗热冲击性及抗冲击性等特性,使得它在航空航天材料以及高分子复合材料中应用广泛。
聚晶立方氮化硼具有优良的电学性能。
它具有良好的绝缘性,抗热震性和抗热裂性,具有良好的抗热冲击性,具有极低的氧化性,可以抵抗高温的冲击和腐蚀,强度高,化学稳定性好,有很好的抗击穿性和摩擦磨损性能,特别是高温下机械性能更为突出,是航空航天材料和电子制造领域中的理想选择。
聚晶立方氮化硼具有优异的高温性能。
它具有优异的耐高温性,在低温到高温的环境中可以保持优异的性能,从而对航空航天材料耐熔融机动器件等提供有力的保护。
此外,它还具有优异的抗感染性能,有效地抵制射频磁场的影响,从而降低仪器系统的噪声。
聚晶立方氮化硼具有优良的抗腐蚀性。
它可以有效地抵抗腐蚀性气体,液体以及粉末等,具有优异的耐腐蚀性,可以在恶劣的环境中长期使用,其优异的抗腐蚀能力使其成为航空航天领域中的理想材料。
此外,聚晶立方氮化硼还具有优异的抗热冲击性,可以在实验室和微型空间中在不受损失的情况下具有高温到低温的转换。
聚晶立方氮化硼在航空航天材料以及高分子复合材料研究和开发中的应用越来越广泛。
它可以用于航空航天材料的高温保护,电子设备的热防护,发动机热屏障和空气动力学壁板材料,以及宇宙飞行器的燃烧室环境部件和复合材料等,广泛适用于军事飞行器及其其他用途。
此外,聚晶立方氮化硼的抗热冲击性和抗腐蚀性使其在电子制造领域的应用也越来越广泛,可以用于电子元件的封装和塑料面板的防护,以及激光焊接,涂层和注塑等。
聚晶立方氮化硼是一种新兴的材料,具有优异的物理和化学性能。
催化剂在氮化硼陶瓷制备中的应用氮化硼陶瓷是一种高性能陶瓷材料,在工业制造和科学研究中都有着广泛的应用。
然而,由于其高熔点和难以成形,制备氮化硼陶瓷的过程十分困难。
近年来,研究表明,使用催化剂可以在氮化硼陶瓷制备中发挥重要作用。
催化剂在氮化硼陶瓷制备中的应用具有多方面优势。
首先,催化剂可以促进氮化硼陶瓷的生成和成长过程,使其表面更加平整。
其次,催化剂可以降低氮化硼陶瓷的烧结温度,加速制备过程。
此外,催化剂还可以提高氮化硼陶瓷的力学性能和导电性能。
就氮化硼陶瓷制备中使用的催化剂而言,金属元素是不可或缺的。
金属元素可以通过吸附和离子交换等方式将氮化硼陶瓷中的硼元素和氢元素去除,促进氮元素与硼元素的结合,从而形成高质量氮化硼陶瓷。
常见的催化剂包括钻石、硼、碳等元素组成的复合体和过渡金属。
其中,过渡金属催化剂应用最为广泛,因为它们不仅可以促进氮化硼陶瓷生成和成长,还可以降低烧结温度,提高氮化硼陶瓷的力学性能和导电性能。
以钼和钼化物为例,这两种物质可以在氮化硼陶瓷的制备过程中起到重要作用。
研究表明,添加少量钼化物可以促进氮化硼陶瓷的生成和成长,同时降低烧结温度,从而减少制备时间和成本。
此外,钼化物还可以降低氮化硼陶瓷的电阻率,提高其导电性能。
在氮化硼陶瓷的制备过程中,催化剂的使用应该精确控制。
如果过多添加催化剂,不仅会降低氮化硼陶瓷的质量,而且还会增加成本和制备时间。
此外,催化剂的种类和用量也与氮化硼陶瓷的应用性能密切相关。
因此,在制备氮化硼陶瓷时,需要进行详细的催化剂筛选和优化,以确保产出的氮化硼陶瓷性能和质量得到充分保障。
总的来说,催化剂在氮化硼陶瓷制备中具有不可替代的优势,可以降低制备成本和时间,提高氮化硼陶瓷的性能和质量。
随着科技的不断进步,催化剂在氮化硼陶瓷制备中的应用也将不断得到优化和改进,有望为氮化硼陶瓷的现代化制造和应用提供有力支撑。
六方氮化硼市场发展现状引言六方氮化硼(h-BN)是一种非常重要的陶瓷材料,具有优异的热导率、电绝缘性和低摩擦系数等特性,被广泛应用于高温材料、热管理、电子元件和润滑剂等领域。
本文将介绍六方氮化硼市场的发展现状,并对未来的发展趋势进行展望。
市场规模六方氮化硼市场的规模在过去几年里呈现持续增长的趋势。
根据市场研究报告,2019年全球六方氮化硼的市场规模估计约为10亿美元,并预计在未来几年内将以一个相对较高的复合年增长率增长。
这主要是由于六方氮化硼的优异性能在多个领域的广泛应用。
应用领域高温材料六方氮化硼具有良好的高温稳定性和热导率,被广泛用于高温材料领域。
在航空航天和汽车工业中,六方氮化硼被用作高温结构材料和热障涂层的增强材料,以提高零部件的耐高温性能。
热管理由于六方氮化硼具有出色的热导率和电绝缘性能,它被广泛应用于电子设备的热管理领域。
六方氮化硼纳米片层可用作热界面材料,提高电子器件的散热效率,保持器件的正常运行温度。
电子元件六方氮化硼在电子元件领域有着广泛的应用。
它可以制备成薄膜,应用于高频电子器件中,例如微波窗口、射频功率放大器和滤波器等。
此外,六方氮化硼也可以作为晶体管的衬底材料,用于提高器件性能。
润滑剂由于六方氮化硼具有低摩擦系数和化学稳定性,它被广泛应用于润滑剂领域。
六方氮化硼纳米粒子可以用作增稠剂和添加剂,用于润滑油、润滑脂和润滑液体中,提高润滑剂的性能。
发展趋势半导体材料领域的应用增加随着半导体行业的快速发展,对于具有优良电绝缘特性的材料的需求也在增加。
六方氮化硼作为一种优异的电绝缘材料,将在半导体器件的制备中得到更广泛的应用。
新兴领域的探索除了传统的应用领域外,六方氮化硼在新兴领域也有着巨大的潜力。
例如,六方氮化硼可以应用于纳米电子学、生物医学和纳米传感器领域,这些领域的发展将带来新的市场机会。
制备技术的改进目前,六方氮化硼的制备技术仍然存在一些难题,如低纯度、高成本和工艺复杂等。
氮化硼纳米片的制备及其应用研究进展杜淼;李阳;张光荣【摘要】近些年,氮化硼纳米片越来越受到人们的重视.与石墨烯相比,氮化硼纳米片具有耐高温、宽带隙以及更好的抗氧化性等优异的性能.这些优异的力学、电学和光学等性质使氮化硼纳米片在某些领域比石墨烯具有更好的应用前景.结合近几年国内外研究现状,综述了机械剥离法、化学气相沉积法和液相插层剥离法等3种制备氮化硼纳米片的方法,并分析了各种方法的优点和不足之处.介绍了氮化硼纳米片的应用研究进展,并对其未来的发展做了展望.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2019(051)002【总页数】4页(P8-10,34)【关键词】氮化硼;纳米片;石墨烯;化学气相沉积法【作者】杜淼;李阳;张光荣【作者单位】齐鲁师范学院化学与化工学院,山东济南250200;山东师范大学化学化工与材料科学学院;齐鲁师范学院化学与化工学院,山东济南250200;齐鲁师范学院化学与化工学院,山东济南250200【正文语种】中文【中图分类】TQ128.1氮化硼(boron nitride,BN)是由Ⅲ族的硼原子和Ⅴ族的氮原子组成的一种重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物。
因为硼原子与氮原子采用不同的混合方式,所以形成了几种不同的晶型,比较常见的有2 种杂化方式:sp2 杂化和sp3 杂化。
sp2 杂化的BN 主要包含六方氮化硼(h-BN)和三方氮化硼(r-BN);sp3 杂化的BN 主要包含立方氮化硼(c-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN)。
氮化硼纳米片(boron nitride nanosheets,BNNSs)是由多个六元环的硼吖嗪(borazine)所构成,与石墨烯互为等电子体[1]。
由于BNNSs 的颜色为白色,所以也称为“白石墨烯”或“硼墨烯”。
BNNSs 的上下层之间存在较弱的范德华力,层间的叠加属于AA′堆积,即硼原子和氮原子沿c 轴依次交错排列,而石墨烯层间则是半六边形的叠加属于AB 堆积,如图1所示[2]。
《六方氮化硼前驱体的合成与制备》一、引言六方氮化硼(h-BN)作为一种具有独特物理和化学性质的二维材料,近年来在半导体、润滑、催化等领域展现出巨大的应用潜力。
其前驱体的合成与制备是六方氮化硼制备的关键步骤,因此研究其合成与制备工艺具有重要意义。
本文将详细介绍六方氮化硼前驱体的合成与制备方法,并对其应用前景进行探讨。
二、前驱体的选择与设计前驱体的选择与设计是六方氮化硼合成的关键步骤。
前驱体应当具有适当的氮、硼比例和反应活性,以利于后续的合成过程。
目前常用的前驱体包括硼酸、硼烷等含硼化合物以及氨气、氮气等含氮气体。
根据实际需求,我们选择适当的含硼和含氮化合物作为前驱体,并进行配比优化。
三、合成与制备方法1. 实验材料与设备合成六方氮化硼前驱体所需的材料主要包括选定的前驱体、溶剂等。
设备包括高温反应炉、气氛控制系统、冷却设备等。
2. 合成步骤(1)将选定的前驱体按照一定比例混合,加入溶剂中;(2)在气氛控制系统中,将混合物置于高温反应炉中;(3)在特定温度和气氛条件下,进行反应;(4)反应结束后,将产物进行冷却处理;(5)最后得到六方氮化硼前驱体。
四、实验结果与分析1. 产物表征通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对合成的六方氮化硼前驱体进行表征。
结果表明,合成的六方氮化硼前驱体具有良好的结晶性和形貌。
2. 性能分析对合成的六方氮化硼前驱体进行性能分析,包括热稳定性、化学稳定性等。
结果表明,该前驱体具有良好的热稳定性和化学稳定性,为后续的六方氮化硼合成提供了可靠的保障。
五、应用前景六方氮化硼前驱体具有广泛的应用前景。
首先,在半导体领域,六方氮化硼可以作为高性能的绝缘材料和散热材料;其次,在润滑领域,六方氮化硼具有优异的润滑性能和耐磨性能;此外,在催化领域,六方氮化硼可以作为催化剂载体和催化剂活性组分的支撑材料。
因此,六方氮化硼前驱体的合成与制备对于推动相关领域的发展具有重要意义。
氮化硼涂料氮化硼涂料是一种具有高温、高硬度和高化学稳定性的功能性涂料材料。
它由氮化硼粉末和一种合适的粘结剂组成,在涂料表面形成均匀的保护层。
氮化硼涂料被广泛应用于航空航天、高温工具涂层、电子元件和金属加工等领域,可以显著提高材料的耐磨性、耐腐蚀性和导热性能。
首先,氮化硼涂料具有优异的高温性能。
由于氮化硼的熔点高达3000摄氏度,因此涂料在高温环境下能够保持稳定的化学组成和结构。
这使得氮化硼涂料在航空航天领域中得到广泛应用,用于保护航天器的表面免受高温气流和剧烈气候条件的侵蚀。
其次,氮化硼涂料具有优异的硬度和耐磨性。
氮化硼的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼,使得涂料能够有效抵抗摩擦和磨损。
这使得氮化硼涂料广泛应用于高温工具涂层,例如切削工具、刀具和磨料工具等。
这些工具经过氮化硼涂料的处理,增强了其表面硬度和耐用性,延长了使用寿命。
此外,氮化硼涂料还具有优异的耐腐蚀性。
氮化硼具有较低的化学活性,不易受到酸、碱和盐溶液的腐蚀。
因此,涂料可以有效地保护金属表面,防止金属被腐蚀和氧化。
这使得氮化硼涂料在电子元件领域中得到广泛应用,用于保护电子组件的表面免受湿度、氧化和其他化学物质的侵蚀,增强电子元件的稳定性和可靠性。
另外,氮化硼涂料还具有出色的导热性能。
氮化硼的热导率高达1000 W/mK,是铝和钢材的几十倍。
涂料的导热性能使其成为优秀的热传导材料,被广泛应用于金属加工领域。
例如,涂覆在工件表面的氮化硼涂料可以有效地改善金属加工过程中的散热效果,防止工件过热和损坏。
总的来说,氮化硼涂料是一种具有高温、高硬度和高化学稳定性的功能性涂料材料。
其出色的性能使其在航空航天、高温工具涂层、电子元件和金属加工等领域中得到广泛应用。
随着科技的进步和对材料性能要求的不断提高,氮化硼涂料将继续发展和应用,为各个领域带来更多的创新和进步。
立方氮化硼生产工艺
立方氮化硼(cubic boron nitride,CBN)是一种晶体形态与金
刚石相似的氮化硼。
它具有硬度高、热稳定性好、化学惰性等优良性能,被广泛应用于超硬材料制备、磨削与切削工具制造等领域。
立方氮化硼的生产工艺主要包括以下几个步骤:
1. 原料准备:使用均质粒度的氮化硼和铝作为主要原料。
氮化硼的纯度要求较高,一般达到99%以上。
2. 混合:按照一定比例将氮化硼和铝混合均匀,一般将氮化硼与粉末铝的重量比控制在1:1左右。
3. 热压烧结:将混合好的粉末放入石墨模具中,并进行加热压制。
通常采用高温高压烧结工艺,温度达到1800℃以上,压
力达到10GPa以上。
4. 晶化处理:进行热处理,使烧结体中的氮化硼和铝发生反应,生成立方相的氮化硼晶体。
温度和时间的控制非常重要,一般在1700~2100℃的温度范围内进行晶化处理。
5. 制备成品:通过切割、磨削等加工工艺将晶化后的立方氮化硼块体制备成所需形状的CBN刀具、磨料等产品。
需要注意的是,立方氮化硼的生产工艺可能因生产商不同而略有差异,以上为一般的生产工艺流程。
高纯氮化硼陶瓷的应用领域高纯氮化硼陶瓷是一种具有优异性能的工程陶瓷,被广泛应用于各种领域。
其具有高硬度、高抗磨损性、高抗氧化性、高耐腐蚀性、高导热性、低导电性、高温稳定性等特点,因此在制造业、航空航天、能源技术、电子电器、化学工业、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
1. 制造业高纯氮化硼陶瓷可用于制造切削工具、轴承、泵体、阀门、喷嘴、气动元件等机械零部件,这些零部件需要具有高强度、高硬度、高抗磨损性和高温稳定性。
因此,高纯氮化硼陶瓷的应用领域包括汽车制造、船舶制造、航空航天制造、模具制造、机床制造等。
2. 航空航天高纯氮化硼陶瓷具有高温稳定性、高强度、高硬度、高抗磨损性和耐腐蚀性,可以用于航空发动机、燃气轮机、高速磨损的部件等。
另外,高纯氮化硼陶瓷的低密度、高硬度和高温稳定性也使其成为一种重要的复合材料,可以用于制造飞机和火箭的结构材料,例如航空发动机叶盘。
3. 能源技术高纯氮化硼陶瓷的高温稳定性、高硬度和高抗磨损性使其在核燃料制造和储能技术中具有广泛的应用。
在核电站中,可以用高纯氮化硼陶瓷制造核燃料管道、阀门、泵体等。
在储能技术中,可以利用高纯氮化硼陶瓷的导电性差、高温稳定性好等特点,制造高温超导储能设备。
4. 电子电器高纯氮化硼陶瓷的高绝缘性、高温稳定性、低介电常数和低介电损耗等特点,使其在电子器件和半导体工业中有广泛的应用。
例如,可以利用高纯氮化硼陶瓷制造电容器、电阻器、电感器、热敏电阻器等元件。
5. 化学工业高纯氮化硼陶瓷的耐蚀性好,可用于制造耐腐蚀材料,例如储存或输送酸、碱、盐等化学品的管道、泵体、阀门等。
6. 医疗器械高纯氮化硼陶瓷具有无毒、无味、不会引起过敏反应的特点,因此可以用于制造人工心脏瓣膜、骨科植入物、牙科修复材料等医疗器械。
总之,高纯氮化硼陶瓷具有优异的机械、物理和化学性能,被广泛应用于不同领域,其应用前景看好。
氮化硼陶瓷生产工艺
氮化硼陶瓷是一种具有很高硬度、耐磨损、热稳定性和化学稳定性的陶瓷材料,广泛应用于高温、高速、高压等恶劣工况下的工业领域。
下面将介绍氮化硼陶瓷的生产工艺。
氮化硼陶瓷的生产工艺包括材料制备、成型、烧结和加工四个过程。
1. 材料制备:氮化硼陶瓷的原料主要包括硼粉和氨气。
首先将硼粉进行研磨,使其粒度更细,然后与氨气进行反应生成氮化硼粉体。
2. 成型:将制备好的氮化硼粉体进行成型。
常用的成型方法有压力成型、注塑成型和挤压成型等。
压力成型适用于制备简单形状的陶瓷制品,注塑成型适用于制备复杂形状的陶瓷制品,挤压成型适用于制备长型陶瓷制品。
3. 烧结:成型后的氮化硼坯体需要进行烧结处理。
烧结是将陶瓷坯体加热到一定温度,使其粒子间发生结合并形成致密的陶瓷材料的过程。
氮化硼陶瓷的烧结温度一般在2100~2300℃之间,烧结时间根据制品的尺寸和形状而定。
4. 加工:烧结后的氮化硼陶瓷还需要进行加工,以满足不同的应用需求。
加工包括研磨、切割、抛光和打孔等。
研磨是将陶瓷制品表面磨去一定层厚度,使其平整光滑;切割是根据需要将陶瓷制品切割成特定形状和尺寸;抛光是对研磨后的陶瓷制品进行加工,使其具有更高的表面光洁度;打孔是在陶瓷制品
上进行孔洞加工,以适应不同的应用场景。
总结起来,氮化硼陶瓷的生产工艺包括材料制备、成型、烧结和加工四个过程。
通过这些工艺步骤,可以制备出具有高硬度、耐磨损、热稳定性和化学稳定性的优质氮化硼陶瓷制品。
这些制品广泛应用于航空航天、化工、机械制造等领域,发挥着重要的作用。
2023年氮化硼纳米管行业市场发展现状
氮化硼纳米管(BNNTs)是由氮化硼(BN)单层卷成的管状结构,具有良好的力学、热学、电学和化学性质。
随着纳米技术的发展,氮化硼纳米管研究正处于迅速发展的阶段,其在材料、医疗、能源等领域的应用前景非常广阔。
目前,氮化硼纳米管的市场规模主要集中在研究领域,由于其制造成本较高,目前大规模商业化生产尚未实现。
但是,随着研究的深入和技术的提高,氮化硼纳米管的市场前景十分可观。
在材料领域,氮化硼纳米管作为一种新型纳米材料,在热、力、电学性能上具有优良的特性,被广泛应用于材料科学中。
目前,氮化硼纳米管已被用于制备高强度、高温下机械性能好的复合材料,可以替代传统材料中的金属纤维增强材料和碳纤维增强材料,应用于航空、运动器材、汽车等领域。
在医疗领域,氮化硼纳米管具有良好的生物相容性和生物安全性,同时具有良好的介电特性和生物成像能力。
氮化硼纳米管已被应用于医学成像、肿瘤治疗、药物运输等方面。
例如,利用氮化硼纳米管在肿瘤组织中的选择性富集能力,研究人员将其作为肿瘤诊疗的一种新型纳米探针来使用。
在能源领域,氮化硼纳米管作为一种高导热材料,可以用于热管理、热电转换等领域。
近年来,氮化硼纳米管作为锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等能源材料相继应用于能源领域。
总体而言,氮化硼纳米管作为一种新兴的纳米材料,具有非常广阔的应用前景。
随着其研究深入和技术不断提高,氮化硼纳米管的生产成本将逐渐降低,商业化生产也将逐渐实现,未来的氮化硼纳米管市场规模将不断扩大。
中国的氮化硼的生产与应用六方氮化硼是近年来发展较快的硼化物产品,尤其是在蒸发舟陶瓷制品、LED导热封装材料及化妆品方面增长迅猛。
本文结合我们在日常工作中与企业的交流和对氮化硼产品的了解,综合相关文献,阐述了我国六方氮化硼的生产及应用情况,旨在为企业生产经营活动提供参考,促进我国氮化硼产业的发展。
1 概述六方氮化硼(h-BN)是一种人工合成的新型无机材料,具有多种优良性能,越来越广泛应用于各种新技术、新产品当中,提高了当代工业的技术水平,推动了新材料产业向更深、更广的领域发展。
六方氮化硼俗称"白石墨",系白色粉末,具有同石墨相同的六方层状晶体结构。
在高压氮气中熔点为3000℃,在常压下加热至2500℃时升华并部分分解,理论密度为2.37g/㎝³。
六方氮化硼是热的良导体,电的绝缘体,并具有优良的化学稳定性,对大多数金属熔体如钢、不锈钢、铝、铁及铜等既不润湿又不发生作用并具有良好的润滑性能。
因此,六方氮化硼被广泛应用于陶瓷制造业,如钳锅、镀铝用蒸发舟、电路板基片及高温润滑剂行业,用大量用于制备六方氮化硼;还可用作原子反应堆的结构材料和火箭发动机组。
2 我国六方氮化硼的生产情况2.1 我国六方氮化硼生产企业情况目前,国内有六方氮化硼生产企业约二十家,产能约为600t/a。
2010年六方氮化硼产量约为500a,产值15000万元。
依据产品等级不同,其销售价格为225000~400000元/t。
见表1.2.2 六方氮化硼的生产工艺六方氮化硼的合成方法很多,但基本原理均为将硼源(含硼化合物如硼砂、硼酸、元素硼等)与氮源(含氮化合物如氨、尿素、三聚氰胺等)一起加热反应精制而成。
目前国内较多采用如下三种工艺:硼砂、尿素法:Na2B4O7+2(NH2)2CO-4BN+Na2O+2CO2+4H2O将硼砂与烘干后的尿素按摩尔比1:(2.2-2.4)混合,混合后的物料进行缩合反应约2~4h,生成硼砂和尿素的中间体,冷却后将中间体粉碎至60~80目再送入氮化炉中,在800~950℃的氮化流中进行反应约2~4h,反应结束后将产品在氨气气氛下冷却后进行酸洗、水洗、烘干即得氮化硼产品。
表1 国内六方氮化硼主要企业省份企业名称产能/(t·a-1)2010年产量/t辽宁省营口辽滨精细化工有限公司30 20 丹东市化工研究所有限公司50 40 丹东日进科技有限公司30 20 淄博市新阜康特种材料有限公司150 100 青州市万圆氮化硼厂30 20 潍坊邦德特种材料有限公司50 50山东省山东省青州迈特科创材料有限公司50 50 淄博橡塑填料厂不详不详淄博市达特种陶瓷有限公司不详不详秦皇岛—诺高新材料开发有限公司不详不详洛阳奥力精细化工有限公司50 30 河南省河南省巩义市氮化硼厂30 20 上海市斯泰克(上海)有限公司70 60硼砂、氯化铵法:Na2B4O7+2NH4CI+2NH3-4BN+2NaCI +7H2O将无水硼砂与氯化铵按摩尔比1:(2.2~2.4)混合后在压力机上用磨具压制成要求的块状,将块状物料放入反应炉中,温度升至250℃时通入氨气并在900~1000℃下进行反应,反应时间约为3h。
反应结束后在氨气气氛下冷却后进行酸洗、水洗、过滤、干燥即得产品。
硼酸、三聚氰胺法:2H3BO3+C3N6H6-2BN+4NH3+3CO2该工艺以水为(主要)介质,将硼酸与三聚氰胺(可加入适量的结晶助剂)在40-95℃进行反应,生成氮化硼前驱体即H3BO3·C3N6H6,将干燥后的氮化硼前驱体结晶用加热炉加热至1600~2000℃,保温时间为8~10h,得到高纯度、大结晶六方氮化硼。
2.3 产品规格型号情况我国生产的六方氮化硼产品大致分为一级品、二级品、特级品三个级别,其中以一级品、二级品居多。
一级品产品是经1600~1800℃烧结而成的中等结晶度的六方氮化硼。
其耐高温抗氧化性能优良,原始粒度小,团聚粒度大、因为颗粒是球型,所以特别适合作填料、铸造成型和注射成型的脱模剂及复合陶瓷,也容易热压成型。
其典型应用产品为:用作制备立方氮化硼;铸造成型和注射成型中的脱模剂;用作真空镀铝蒸发舟主要原料;用作制作热压陶瓷制件;用作特种陶瓷原料。
二级品产品室经1800~2000℃烧结而成的高结晶度六方氮化硼。
其导热、绝缘、润滑、耐高温及耐熔融金属腐蚀等各项性能均优于普通产品。
性能达到或接近国外同类产品的先进水平。
因其粒度与聚四氟乙烯近似,粒度均匀,因此特别适合高压开关喷口;同时由于其较优的导热性能,非常适合作导热塑料或导热橡胶;而由于其较低的氧含量(一般小于0.5%),也特别适合作特种陶瓷原料。
其典型应用产品为:脱模剂;高电压开关喷口主要原料;耐高温润滑涂料、高端领域脱模剂、高级润滑油添加剂、特种陶瓷原料、导热塑料或树脂填料、高档化妆品添加剂。
表2 产品技术指标级别纯度/% B2O3/%水分/%粒度(d50)/μm堆密度/(g·㎝³)比表面积(BET)/(m·g-1)2一级≥98.5 ≤1.0 ≤0.5 5 0.2~0.4 12m/g二级≥99 ≤0.3 ≤0.3 8 0.2~0.4 8m/g特级≥99 ≤0.3 ≤0.3 15~30 0.2~0.4 25-36 m/g2.4 六方氮化硼市场应用目前国内的六方氮化硼主要用于制备立方氮化硼、陶瓷制品、导热塑料、精密铸造脱模剂、电子电力、化妆品等。
(1)六方氮化硼及其复合陶瓷制品目前,六方氮化硼复合导电陶瓷材料主要用于真空镀膜工业,主要为真空蒸镀包装材料、电容器金属化真空镀膜、显示屏镀层、烫金镀层、防伪标志镀层、反光镀膜以及纸张、纺织品镀铝等。
其制品组成为50%的六方氮化硼及45%~50%的二硼化钛。
目前,国内真空镀膜工业每年使用电蒸发舟在200万支以上,其中国产约120~150万支,年消耗六万氮化硼在100t以上。
(2)用于制备立方氮化硼立方氮化硼是即人造金刚石后,人工合成的一种超硬无机材料,其硬度仅次于金刚石,而热稳定性和化学惰性优于金刚石,适用于地质勘探、石油钻探的钻头和高速切削工具;也可用于金属加工的研磨添加剂,具有加工表面温度低、部件表面缺陷的优点。
立方氮胡鹏是以六方氮化硼为原料通过高温高压方法合成的,目前国内该行业每年消耗六方氮化硼约120t。
(3)涂层涂料及润滑剂行业六方氮化硼具有优良的润滑性质,摩擦系数低,自润滑性能有一,尤其是在高温下仍具有优良的自润滑能力,因此被广泛应用于涂层涂料、脱模剂及润滑剂行业。
六方氮化硼涂涂覆在金属及陶瓷等材料后,可以是材料具有良好的润滑性及防粘(脱模)性,并可阻止或减少材料与熔体之间的化学反应,提高材料寿命;用于各式散热器、电子零件导热新型涂料,涂覆在表面,使原始表面积提高到数十倍以上,可增加热的传导,散热更快,增加机械本体的使用寿命,增加热对流的效果,达到3~15℃的降温效果,适用于光电工业散热器、电子零件散热模、电源散热模组、汽车散热器、机油冷却器、变速箱油冷却器、其它各式冷却器;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膜;填充在树脂、陶瓷、金属表面层作为耐高温自润滑复合材料。
目前,涂层涂料及润滑剂行业年消耗六方氮化硼在400t以上,国产只有200~300t,其余依赖出口。
(4)用于化妆品行业氮化硼颗粒带有静电粒子,在化妆品中加入3%~30%,可增加化妆品附着力和遮盖力还有良好的滑移特性,使彩妆产品紧致、易涂抹、易于清洁去除,不需硬脂酸盐等添加剂。
产品为白色,加入化妆品中使肤色白皙动人。
氮化硼比表面积高,有很多悬挂键与液体溶剂连接,从而有优异的遮盖性能,营造均匀美白、纯净无暇的效果。
(5)其它应用在高压电器行业,氮化硼与聚四氟材料复合使用,作为绝缘材料被应用于高压开关中;利用六方氮化硼的耐热耐侵性可以制作高温构件、火箭燃烧室内衬等。
3.存在的主要问题目前国内氮化硼企业生产工艺普遍落后,环境污染严重、能耗高、产品规格少、产品稳定性差。
氮化硼作为一种用途非常广泛的产品,不同领域对于品质都有不同的要求,例如导热行业要求产品纯度高、结晶粒度大;陶瓷行业要求氧含量低、具有一定的乱层结构;化妆品行业要求重金属含量低、百度好、堆密度小、粒度适中等等。
国外公司为解决这些问题均采用多规格的办法,如法国的圣戈班公司生产的六方氮化硼产品规格有八十多种,美国MOMENTIVE公司也有几十种。
其次是产品的活性低。
所谓活性低,就是六方氮化硼比表面积小、不宜成型,产生问题的主要原因就是合成时温度过高。
温度高可使纯度提高,国内有许多厂家生产设备控温不准,最佳温度不能精准控制,导致合成温度始终高于所需要的反应温度,使得产品粒度增大,比表面积变小,产品的活性降低。
解决的办法就是使用高精度的电炉,使合成温度精准,这样就可以解决问题。
还有就是非碳杂质多。
非碳杂质是指碳以外的杂质,包括金属和非金属,由于它的存在,影响了许多用户的使用。
解决的办法之一就是对产品进行二次烧结。
在二次烧结的高温中,很多杂质就可以达到沸点挥发出去,也可以为了降低杂质沸点,使二次烧结炉中气氛达到极限真空,这样就降低了许多杂质的沸点,使更多的杂质挥发出去。
除去非碳杂质还有一个办法,就是加强后处理的工作,包括使用去离子水,用纯净的盐酸,并且加热酸洗,加热碱洗,使更多的杂质溶解在洗液中,过滤除掉。
再者就是碳杂质多。
目前国内所有生产六方氮化硼的厂家,在合成六方氮化硼时使用的容器都是石墨制品,石墨制品耐高温、耐腐蚀,但是不耐氧化,而且碳颗粒极易脱落,污染产品,混入产品,碳颗粒高温烧不掉,酸碱洗不去,制约了产品的使用。
再一个问题就是六方氮化硼颗粒度小的问题。
多年以来,国内生产六方氮化硼过程中使用的含硼原料为硼砂,使用的含氮的原料为氯化铵、尿素等,用以上原料生产都在反应中产生副产物氧化钠,而氧化钠的产生又阻碍了氮化硼颗粒的结晶和长大。
4. 发展建议企业也努力提高产品的活性和晶体粒度。
使用高精度的电炉,精准控制合成温度。
要尽量使用非石墨容器生产,避免碳污染。
目前采用钢玉、碳化硅制品代替石墨都不能解决碳杂质多的问题,主要是产品和容器发生粘连,减少了容器使用次数,大大提高了生产成本。
要不断科技创新,努力采用环境友好、能耗低、产品质量好的生产工艺。
目前部分企业采用硼酸和三聚氰胺合成六方氮化硼,这种方法没有固体副产物的生成,生成的副产物都是气体,随机蒸发,容易控制,不阻碍氮化硼颗粒的长大,所以合成出的产品颗粒度大、结晶好,取得了比较好的效果,是今后发展方向。
2010年,美、欧、日等西方国家六方氮化硼总产量约2000t,加上其他国家的产量,全球六方氮化硼产品约为3000t。