高性能氮化硼材料的发展与应用

氮化硼，一种性能卓越并具有巨大发展潜力的新型陶瓷材料，共有五种异构体，分别是六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(c-BN)、纤锌矿氮化硼(w-BN)、菱方氮化硼(r-BN)和斜方氮化硼(o-BN)。

热性能：氮化硼制品能在1000°C左右的氧化气氛中和近3000°C的惰性气氛中使用。这是比莫来石、氧化铝和碳化硅耐火度更高的耐火材料。同时，它具有极强的耐热冲击性，在1500°C的急冷急热环境下也不会破裂。

化学稳定性：氮化硼几乎不与大多数金属如溶液铁、铝、铜、硅、砷化钾、黄铜和冰晶石等发生反应，同样适用于矿渣玻璃。因此，氮化硼材料制成的容器可作为这些物质的容器。

电性能：BN制品的介电常数和介电损失都很小，可用于高频和低频范围内。它的介电强度是氧化铝的4.5倍，介电常数是氧化铝的一半，电性能与石墨差异明显，高温下无导电性，是一种能在较宽温度范围内使用的电绝缘材料。

机械加工性能：h-BN硬度较低，可在车床、铣床等加工设备上加工；也可加工成薄片和螺旋体及各种形状复杂的零件。BN的机械强度低，虽然在室温下优于石墨，但比氧化物陶瓷脆性更高。

润滑性：h-BN粉末为六方晶系晶体，是一种白色薄片状的微细材料，类似于石墨，俗称白石墨，具有优良的润滑性。

轻质：BN是陶瓷材料中最轻的材料之一。

对中子吸收的性质：BN对中子吸收截面大。

目前对BN的研究主要集中在六方相(h-BN)和立方相(c-BN)上。前者具有润滑性、导热性和良好的高温性能；后者在常温常压下处于热力学平衡稳定状态。h-BN的主要应用领域是作为合成立方氮化硼的原料。

• 六方氮化硼

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。目前，简化工艺、降低成本、提高元件寿命是该类材料研究的重点。主要应用：熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、火箭喷口、大功率器件底座等，还可作为各种材料的添加剂。

• 立方氮化硼

用作磨具材料。小颗粒的cBN单晶可用作磨具材料。cBN磨具是借助于结合剂的作用将cBN磨粒粘结成具有一定几何形状的制品，作为超硬材料磨具。

用作刀具材料。PcBN克服了cBN单晶易解理和各向异性等不足，主要用于制作刀具材料。PcBN刀具特别适合于高速切削加工，也可进行高精密切削，已广泛应用于数控机床，适合高硬度材料的切削加工。

随着科技的不断进步和应用需求的增加，氮化硼的未来发展前景广阔。以下是一些可能的发展趋势：

提高制备效率：提高制备效率是氮化硼实现规模化生产的途径之一，开发更高效、更经济的制备方法，是其发展的目标。

目前，氮化硼的制备效率较低，需要较高的温度和压力条件，制备周期较长。未来的研究方向之一是开发更高效、更经济的制备方法，以提高氮化硼的制备效率。

发展新型材料：除了常规的氮化硼材料外，如二维氮化硼、多孔氮化硼等新型材料将会得到重视，这些新型材料具有独特的结构和性能，有望应用于更广泛的领域。

拓展应用领域：氮化硼在电子学、光电子学、材料科学等领域已经得到广泛应用，其优异的性能在未来还可以拓展更多的应用领域，如生物医学、环境保护等领域。

提高性能和稳定性：可通过控制晶体结构和纯度等手段，提高氮化硼的机械性能及化学性能，以满足日后更高的应用需求。

需要注意的是，氮化硼的发展还面临一些挑战和难题，如大规模制备、可持续性和成本效益等方面的问题。因此，需要进一步加强研究和开发，以推动氮化硼的实际应用与发展。

参考来源：

CERADIR先进陶瓷在线：氮化硼陶瓷材料的发展与应用

学迹备忘录：氮化硼(BN)在材料科学中的重要作用与应用前景

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