Нітрид бору - речовина, отримана внаслідок бінарної сполуки азоту з бором. Завдяки реакції двох хімічних елементів утворюються прозорі кристали з високоякісною абразивною здатністю. Отримані абразивні кристали за багатьма параметрами перевершують алмаз, через що сьогодні існує багато областей, де використовується нітрид бору. Нітрид бору – штучний абразив із підвищеною твердістю, отриманий шляхом з'єднання бору з азотом у графітовій електричній печі. Цей абразив має кілька видів модифікацій, які розрізняють будовою кристалічних ґрат.
Будова кристалічних грат
Гексагональна (a)
- Білий графіт схожий на тальк.
- Має графітоподібну кристалічну структуру.
- Температура плавлення 3000 ° C – вогнетривка.
- Є напівпровідником.
- Застосовується у вигляді твердого мастила для високих температур.
Кубічна (b) - Ельбор
- Має структуру типу сафалериту подібно до алмазу: ельбор (боразол, кубоніт).
- Застосовується у важкому машинобудуванні, автомобілебудуванні, видобувній промисловості, будівництві, також використовується для нанесення на поверхню як вогнетривке покриття.
Щільна гексагональна (w)
- Має структуру типу вюрциту, за властивостями подібний до лонсдейліту (на 58% твердіше алмазу)
- Застосовується як головний матеріал при отриманні полікристалів і лезового інструменту, що зазнає понад навантажень.
Сфера використання
Ця затребувана речовина використовується у таких випадках:
- для виробництва інструментів, що мають ріжучі та обробні властивості. В основному це стосується процесів, у яких «готовлять» сталь, фрезерують чавун та покращують зовнішні характеристики інших надтвердих матеріалів;
- для процедури очищення металів;
- при виготовленні техніки, призначеної для роботи при високих температурах (ізоляторів, тиглів та інших пристроїв);
- у виробництві діелектриків газового типу;
- у стрижнях атомних реакторів;
- для прискорення реакції синтезу відповідної органічної речовини;
- у вогнегасниках;
- для створення міцних покриттів на посуді, стійких до високих температур (відомий усім тефлон тощо);
- у технології виробництва матеріалів з вогнетривкими якостями;
- для створення волокна з армуючими властивостями;
- у напівпровідниках;
- у процесі виробництва бензинів та інших нафтопродуктів;
- для виготовлення міцної кераміки для промислових цілей.
Область використання нітриду бору
У сучасній промисловості кристали нітриду бору та вироби, одержувані на основі двокомпонентної речовини, займають одну з лідируючих позицій у ряді важливої інструментальної сировини. Унікальні хімічні та фізичні властивості стали основою для численних досліджень та отримання сучасних інноваційних технологій.
Головними особливостями двокомпонентного нітриду бору з кристалічними гратами виступають:
- висока теплопровідність;
- гарне диспергування;
- висока щільність нітриду бору.
Завдяки особливостям двокомпонентної речовини до використання нітриду бору вдаються десятки промислових організацій, що працюють у різних напрямках. Безбарвні абразивні кристали використовуються при:
Виробництво нафти, яку переробляють у спеціальних установках для подальшого одержання бензину та інших похідних.
Виготовлення обладнання, що працює за високих температурних показників.
Нанесення спеціалізованого покриття з нітридом бору на металеві поверхні.
Дослідження та виробничі процеси в ядерній енергетиці.
Виготовлення покриттів, наділених антипригарними та антикорозійними властивостями.
Виробництво виробів та посуду з кераміки.
Виробничі процеси в алюмінієвій промисловості та виконання низки інших завдань.
Використання високої теплопровідності нітриду бору
Безбарвні двокомпонентні кристали використовуються для отримання матеріалів з високим ступенем вогнетривкості. В результаті додавання нітриду бору до складу таких речовин виходять матеріали, які виявляють діелектричні та напівпровідникові властивості.
Отримання нітриду бору карботермічним методом сприяє тому, що речовина використовується для отримання сировини з високими показниками твердості. Крім того, безбарвні кристали, отримані карботермічним способом, застосовуються при виготовленні високотемпературних, вогнетривких, електроізоляційних матеріалів та твердого мастила. Остання при нанесенні на матеріал наділяє його структуру підвищеною стійкістю до різнохарактерних зовнішніх впливів.
Теплоємність нітриду бору, що отримується шляхом гексогонального трансформування, дозволяє використовувати речовину у вигляді теплового захисту. Вироби електроізоляційного типу з індукційним та подібним видом обігріву потребують додаткового теплового захисту. У такому разі нітрид бору використовується як основа матеріалів для забезпечення теплозахисту. Такі матеріали на основі нітриду бору характеризуються високою стійкістю до агресивної хімічної дії.
Завдяки теплопровідності кристалічної речовини нітрид бору може одночасно виступати тепловим та електричним ізолятором. Така здатність двокомпонентного елемента зробила речовину єдиною серед тих, що можуть використовуватися у виробництві численних електронних приладів спеціального призначення.
Застосування високої щільності та твердості нітриду бору
Широке застосування двокомпонентної речовини посідає і область виробництва спеціалізованих мастил. Завдяки ступеню окислення нітриду бору кристали утворюють сепароване середовище при взаємодії з різними металами, керамікою або склом. Через таку взаємодію утворюється надтверда сировина.
Отримана в результаті надтверда сировина виступає в ролі основного матеріалу для виробництва лезових інструментів, експлуатація яких відбувається в умовах серйозних ударних навантажень з полікристалами. При нанесенні такої сировини на продукцію, отриману з графіту, її характерні показники та ступінь стійкості до різних зовнішніх впливів збільшуються у рази.
Також надтверду речовину на основі нітриду бору використовують для отримання спеціалізованих складів, які характеризуються пластичністю та простотою формування маси. Також такі склади мають надвисокі властивості антиадгезії, через що їх широко використовують при ремонті металопроводу, пічних установок та іншого.
У силу унікальних властивостей та малонебезпечного класу небезпеки нітриду бору двокомпонентна речовина отримала широке застосування практично у всіх сферах діяльності людини.
Нітридом бору є з'єднання бору з азотом, отримане в печі графітової за особливою технологією. Існує речовина в кількох модифікаціях та станах, що відрізняються будовою кристалічної решітки. Наприклад, кристалізований є високоміцним композитом, який за твердістю перевершує навіть алмаз. У кубічному вигляді є абразивом. Нітрид бору гексагональний називається білим графітом. З нього виготовляються керамічні вироби особливої міцності.
Особливості гексагонального нітриду бору
Гексагональна модифікація має кілька особливостей:
має білий колір, що надає широкі можливості застосування у різних галузях;
кристалічна структура схожа на графітову;
має високу вогнетривкість. Показник плавлення 3000 градусів. Це дозволяє застосовувати речовину у високотемпературних технологічних процесах;
висока теплопровідність дозволяє використовувати речовину в областях, де необхідне місцеве відведення зайвого тепла;
практично непомітне теплове розширення;
є напівпровідником, що дозволяє застосовувати речовину в електричних ланцюгах та пристроях;
може застосовуватися як твердий мастильний матеріал при використанні при високих температурах;
має дуже низький коефіцієнт тертя, що дозволяє використовувати речовину в механізмах, де цей показник є критичним;
Кубична модифікація речовини використовується у машинобудівній, будівельній, видобувній галузях промисловості. Широко застосовується як вогнетривкий шар, а також для покриття елементів, що використовуються для обробки твердих речовин. Температура плавлення цієї речовини трохи нижче, ніж у гексагональної. Вона складає 600 градусів. При її досягненні речовина втрачає деякі властивості.
Гексагональна модифікація використовується виготовлення ріжучих елементів, які піддаються сильним навантаженням. Також з неї виробляють кераміку, яка здатна витримувати високі температурні дії, антикорозійні покриття, мастильні матеріали.
Переваги нітриду бору
Нітрид бору відрізняється деякими перевагами, завдяки яким він настільки широко застосовується в різних галузях промисловості:
нетоксичність. Це дозволяє працювати без застосування спеціальних засобів захисту обличчя або дихальних шляхів. Також подібна властивість дозволяє застосовувати вироби з речовини у різних сферах, у тому числі у побуті;
хімічна інертність Речовина слабо входить у реакції, що робить покриття з нього або виготовлені з нього предмети універсальними у застосуванні;
при використанні нітриду бору як покриття можна надати будь-якому предмету високі показники термостійкості;
висока щільність та довговічність;
стабільність. Матеріал стійкий до дій різного типу;
можливість застосування в різних фракційних станах, що дозволяє розширити сферу застосування речовини.
Виготовлення кераміки із застосуванням гексагонального нітриду бору
Гексагональна модифікація нітриду бору виготовляється з урахуванням ТУ, тому має особливості залежно від складу. Керамічні вироби широко застосовуються в авіаційній будові, скляній, хімічній, енергетичній промислових галузях. З нітриду бору виготовляють електровакуумні пристрої, ізолятори, тиглі та багато іншого. Також речовина в сухому дрібнодисперсному вигляді додається в олії та пластичні мастила в якості антифрикційної добавки, рідини в якості змащувального компонента.
Нітрид бору – унікальна речовина. Вона досить поширена, не дорога, міцна. За характеристиками міцності деякі сполуки перевершують алмаз, що сприяє зниженню собівартості деяких виробничих процесів. Найширше застосування речовини зробило його досить затребуваним над ринком.
