氮化硼（由氮原子和硼原子所构成的晶体）

氮化硼

由氮原子和硼原子所构成的晶体

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体，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）。

结构

属于原子晶体，氮化硼是由氮原子和硼原子所构成，也叫共价晶体。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)、立方氮化硼(CBN)、菱方氮化硼（RBN）、纤锌矿氮化硼(WBN)。

氮原子和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。当氮原子和硼原子以SP2方式杂化后，由于键角为120O，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（RBN）。当氮原子和硼原子以SP3方式杂化后,由于键角为109.5O，成键后形成与金刚石类似的空间网状结构，形成立方氮化硼（CBN）。

物化性质

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。

氮化硼化学式为(BN)n，有石墨型和金刚石型两种结构。

六方氮化硼

六方氮化硼，也称为石墨型氮化硼，其片层结构巨分子为柔软、白色晶状粉末，俗称白石墨，相对密度2.25，约3000℃升华，微溶于水，与水煮沸时缓慢水解成硼酸。石墨型氮化硼的化学性质极不活泼，能耐2000℃高温，有良好的介电性能。石墨型氮化硼在1800℃、85000大气压下转变为金刚石型立方晶体巨分子，称为氮化硼单晶，硬度仅次于金刚石。氮化硼纤维具有强度高、弹性模量高、重量轻、热稳定、热导率高等优点。

立方氮化硼

立方氮化硼具有类似金刚石的晶体结构，不仅晶格常数相似（金刚石为0.3567nm，立方氮化硼为0.3615nm），而且晶体中的结合键亦基本相同,即都是沿四方面体杂体中的共价键,所不同的是金刚石中的结合纯属碳原子之间的共价键,而立方氮化硼晶体中的结合键则是硼、氮异类原子间的共价结合，此外尚有一定的弱离子键。在理想的立方氮化硼晶体中,所有四个B-N键的键长彼此皆相等(0.157nm)键与键键的夹角为109.5O。

用途

由于其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。

六方氮化硼

六方氮化硼可做绝缘材料、耐火材料、坩埚和高温润滑剂。

六方氮化硼部件可由加热加压和其后的机械加工造出，因为它的硬度与石墨相当，所以加工成本不高。这些部件都由氮化硼粉末制造，以氧化硼作为烧结剂。氮化硼薄膜可以由三氯化硼和氮雏形化学气相沉积后形成。而工业制造是基于两个化学反应：熔化的硼酸与氨、硼酸或碱性硼化物与尿素、胍、蜜胺或其他适当的氮气中的有机氮化合物。制作超细氮化硼润滑剂和toner则需要在氮气中以5500°C高温燃烧硼粉末。

立方氮化硼

立方氮化硼也称金刚石型氮化硼，可以由六方氮化硼在高温、高压下可转变为立方氮化硼，可作高温磨料和抛光剂使用。

参考资料

1.氮化硼属于什么晶体·宏元新材

2.氮化硼有几种不同的变体·天元航材