一文了解 氮化硼陶瓷（BN）材料

在100多年前，氮化硼在贝尔曼的实验室首次被发现，该材料得到较大规模发展是在20世纪50年代后期。

氮化硼（BN）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）。

广泛应用于机械、冶金、化工、电子、核能和航空航天领域。

1. 氮化硼简介

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体，分子式为BN，分子量24.81。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，理论密度2.27g/cm3。

氮化硼粉末具有松散、润滑、质轻、易吸潮等性质，颜色洁白。氮化硼制品呈象牙白色。目前对氮化硼的研究主要集中在对其六方相（H-BN）和立方相（C-BN）上的研究。

化硼的性能可以主要分为以下几个方面：

在机械特性方面：拥有不磨蚀、低磨耗、尺寸安全性、润滑性佳、耐火及易加工等优点。

在电气特性方面：拥有介电强度佳、低介电常数、高频率下低损耗、可微波穿透、良好的电绝缘性等优点。

在热力特性方面：拥有高热传导、高热容量、低热膨胀、抗热冲击、高温润滑性及高温安定性等优点。

在化学特性方面：拥有无毒、化学安定性、抗腐蚀、抗氧化、低湿润、生物安定性及不沾性等优点。

2. 六方氮化硼

六方氮化硼（h-BN）是最普遍使用的氮化硼形态。h-BN的结构与石墨类似，具有六方层状结构，晶格常数a=0.2504nm，c=0.6661nm，理论密度2.27g/cm3，熔点3000℃，质地柔软，可加工性强，并且颜色为白色，俗称“白石墨”。

六方氮化硼（h-BN）具有优良的电绝缘性、极好的化学稳定性以及优良的介电性能。

六方氮化硼的热性能：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。

六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之一，导热率为石英的十倍，在垂直于c轴方向上有较高的热导率60W/(m·K)；

低的热膨胀系数，相当于石英，是陶瓷中最小的，在c轴方向上的热膨胀系数为41*10-6m/K，而在d轴方向上为2.3*10-6m/K，所以抗热震性能很好。

六方氮化硼的机械性能：摩擦系数低至0.16，高温下不增大，比二硫化钼、石墨耐温高，氧化气氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。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。六方氮化硼是一种软性材料，莫氏硬度仅为2。机械加工性好，可以车、铣、刨、钻、磨、切，并且加工精度高，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。

六方氮化硼的电性能：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10^16~10^18Ω/cm，即使在1000℃，电阻率仍有1014~106Ω/cm。h-BN的介电常数3~5。介电损耗为（2~8）*10-4，击穿强度为Al2O3的两倍，达30~40kV/mm，因此是理想的高频绝缘、高压绝缘、高温绝缘材料。

六方氮化硼的化学性能：HBN有优良的化学稳定性。与一般金属、稀土金属，贵重金属，半导体材料，玻璃，熔盐、无机酸、碱不反应。对大多数金属熔体，如钢、不锈钢、Al、Fe、Ge、Cu、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。