氮化硼(Boron nitride)是一种无机化合物,分子式为 BN,由氮原子和硼原子构成晶体。它主要有六方氮化硼(h - BN)、菱方氮化硼(r - BN)、立方氮化硼(c - BN)和纤锌矿氮化硼(w - BN)四种变体。其中六方氮化硼结构类似石墨,又称 “白色石墨”,具有良好的润滑性、导热性和电绝缘性等;立方氮化硼结构类似金刚石,硬度极高,仅次于金刚石。
氮化硼凭借其独特的物理和化学性质,广泛应用于多个行业,具体如下:
冶金行业:可作为坩埚的耐热涂料,在玻璃和金属成形中用作脱模剂,还能添加到金属粉末中,使粉末冶金产品具有自润滑性能,用于制备无油轴承、滑动电刷等零部件。 化工行业:可作为压力传递介质、样品和加热元件之间的绝缘体,用于高温常压炉和等离子枪中,也可作为分散于高纯硅中的掺杂物,还可用于钢铁制品的精密加工、研磨等。
机械行业:常用于刀具和工具表面作为耐磨涂层,分散在水和油中可作为拉丝和压制品成形的润滑剂,还可作为高温炉滑动零件的工业润滑材料。
电子行业:可作为电子元件的散热器,用于晶体管、集成电路的热槽和微波元件等。其高导热性氮化硼可作为填料制备复合材料,用于封装材料。还可作为光学元件的表面涂层,提高材料的透光性和硬度。
医疗行业:六方氮化硼具有良好的生物相容性,可作为生物骨架、药物递送的载体材料,空心球形氮化硼纳米材料可用于承载治疗药物或释放基因。 航空航天行业:由于在真空中摩擦系数低,可用作太空中的固体润滑膜,也可用于制作火箭燃烧室的衬里、宇宙飞船的热屏蔽材料等。
那艾仪器喷雾干燥机制备氮化硼的案例分享:
制备飞碟形纳米六方氮化硼粉末:将 280 克三氧化二硼(B₂O₃)和 80 克四硼酸钠(Na₂B₄O₇・10H₂O)原料混溶于 540 毫升的蒸馏水中,经 160℃空气气氛喷雾干燥制成硼前驱体粉末,再和 724 克尿素(CO (NH₂)₂)干磨球磨混合后放入近似密闭的反应容器中,在 850℃硅碳炉中热处理 60 分钟,得到氮化硼的无定形粉末,经过球磨干磨处理后,放在高温炉中,在氮气气氛下于 1400℃高温处理 4 小时,最后经蒸馏水和无水乙醇洗涤、80℃干燥后,得到飞碟形纳米六方氮化硼粉末。
制备氮化硼全陶瓷颗粒:先提供包含二维氮化硼纳米片和有机溶剂的二维氮化硼分散液,加入有机粘结剂得到混合液,然后采用喷雾干燥对混合液造粒,得到前驱体。接着在含氧气氛中,对前驱体进行预烧结,除去有机粘结剂,得到中间体。最后在惰性气氛中,采用焦耳热烧结中间体,得到具有高强度、高导热性的氮化硼全陶瓷颗粒。
制备高致密度粒度可控的球形氮化硼:取烧结助剂(铝的氧化物、氢氧化物等)和氮化硼粉,按烧结助剂占氮化硼粉质量百分比 0.1%-10%均匀混合,再与分散剂、消泡剂、去离子水和粘结剂制备成氮化硼浆料。将浆料通过喷雾干燥进行喷雾造粒,造粒过程中保持持续搅拌,之后将得到的粉体装入坩埚中,在空气气氛下排胶,最后在惰性气氛下烧结,得到高致密度粒度可控的球形氮化硼。