氮化硼合成及应用的研究

《氮化硼合成及应用的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氮化硼合成及应用的研究（5页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、关于氮化硼合成方案的讨论摘要：氮化硼是一种耐腐蚀材料，也是一种优良的绝缘材料,强度高，耐腐蚀性好。在现代工业中,氮化硼已广泛应用在在耐火材料和电子工业中得到广泛的应用。以下三个反应均可以制备氮化硼：B(） +2N2 （g） =N(s）；BCl3（g） +H3() B（s）+3HCl(g)；B2O3（)+ 2N3（g)= 2BN(s）+32O()；本文将从反应方向、原料价格以及环保等方面综合考虑，对以上三种方式进行比较分析。关键词:氮化硼；制备方案；反应方向;原料价格；环保一、氮化硼的分类、性质及应用1。N的分类、性质 氮化硼，化学式为BN，有别称“白石墨”，是一种性能优异并有很大发展潜力的新型

2、陶瓷材料，包括5种异构体，分别是六方氮化硼（-N)， 纤锌矿氮化硼（wBN),三方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼（c。N)和斜方氮化硼(o.） 1.常说的氮化硼一般指的是立方氮化硼或六方氮化硼.1六方氮化硼具有类似石墨的的层状晶体结构,其物理化学性质也与石墨类似,常态时是白色粉末状，呈松散、润滑、易吸潮、质轻等性状.另外，在导热性、耐高温性、化学稳定性方面也类似石墨。当然，它的性质与石墨也不尽相同。例如，氮化硼是一种优良的绝缘材料，而石墨有良好的导电性。1.立方氮化硼 立方氮化硼有优异的物理化学性能,硬度仅次于金刚石，另外还具有很高的强度，在许多领域中有应用前景。3 此外，立方氮化硼是目前使用

3、温度最高的半导体材料，具有高导热性和良好的半导体特性。但是现有的制备方法又都存在着难于克服的固有缺点,以至于不易使其得到广泛利用。32. N的应用一作为半导体的固相掺杂材料、抗氧化或抗水的润滑脂。二高温润滑剂和模型的脱模剂，氮化硼粉末还可以作为玻璃微珠的防粘剂，玻璃和金属成型的脱模剂。三超硬材料，可制成高速切割工具和地质勘探、石油钻探的钻头.四原子反应堆的结构材料，航天航空中的热屏蔽材料。五无毒无害又具有润滑性,可用作化妆品的填料。六做各种电容器薄膜镀铝、显像管镀铝、显示器镀铝等的蒸发舟。七晶体管的热封干燥剂和塑料树脂等聚合物的添加剂。八激光防伪镀铝、商标烫金材料，各种烟标，啤酒标、包装盒,香

4、烟包装盒镀铝等等45。 图表 1 BN的应用1 BN三种合成方案为了更好地发展材料事业，服务国家建设,需要找到合适的合成方法，才能让这种优良的材料发挥作用，书中介绍给我们了三种不同的方法,分别是：用单质硼B和氮气N2反应：（s)22(g）=BN(s)用氯化硼BCl3和氨气NH3反应：C3（）+H3(g）=B(s）+3Cl(g）用三氧化二硼B2O3和氨气3反应:2O3（s）+N3(g)=BN（)+32O(g)现在，我从如下几个方面来讨论一下三种方法的利弊，以及工业中最合适的方法6。2.2 反应方向首先,先从理论上化学反应进行的方向及反应条件讨论。对于反应B(s）1/2N2(）=B（)rm-254

5、.39jmo-1Sm86。jmol11r=0时T=30.762657.图表 Error! Bookmark not defined.经计算，此反应在2600以下都可自发进行。表面上看,反应容易自发进行，但此反应并不易于操作，实验结果表明，将硼粉置于氮气中反应1小时，恒温为0时生成B并不多.事实上,硼与氮反应较快的温度区间在1050,而要反应较为完全，得高品质的氮化硼，需要1550以上。那么对于反应Bl3（g)NH（)=BN（）+3HCl(g）Hm423 kolrSm17。91mo1k1r恒小于0图表 2即该反应在任何温度下自发。但是事实上，反应要在0K726以上(一般在90100）进行。由于氯

6、化硼是气态,反应是气相进行,为了提高反应产率,要使氨气过量。若将该反应的温度提高至1601900,可以得到高纯度的氮化硼。这个方法可以用来生产氮化硼,但是氯化硼不便存运，而且气相反应不如反应易操作。最后讨论反应2O3（s）+2NH()=2N（)+3HO（)rH1999jo1rSm39。2jmk1r=0时T=626。25K353。1图表 3此反应被称为硼酐法,在大于3时可自发进行，这个反应所需最低温度并不很高,但是同上面两个反应，要达到一定的速率和纯度，需要在0010下进行，由于B23熔点较低，会变成高粘度流体，阻碍氨气与其表面反应,故实际中要加入高熔点物质如Ca3（P4）作填料。得到的产物可以

7、在氨气氛围与100以及更高温度下继续纯化，能够得到纯度以上的氮化硼。此方法相比，更易于操作,技术要求也更低. 通过上述分析，如果单从化学反应的角度,反应最容易进行，但是产物纯度不高.反应的操作比较复杂,但是纯度要比反应的要高。. 原料价格接下来要讨论的是原材料的价格，在经济方面对这三种方法进行比较讨论。名称化学式价格（元）/K备注因为应用领域不同,试剂纯度不同，所以部分价格差距较大,比如纯度99。99的试剂都非常昂贵，纯度90%的非常便宜硼B数百000粉末型或块状氯化硼BCl31001000高压瓶装液态氨气H30元以内高压瓶装液态三氧化二硼2O3204玻璃状晶体或粉末纯氮气21元以内高压瓶装液

8、态图表 4虽然数据波动较大,但是从上表也能看出,高纯度的单质硼价格十分昂贵,氯化硼相对便宜，而三氧化二硼十分廉价这与它们的制法有关,三氧化二硼是由矿物转化得来,而硼需要由三氧化二硼或者氯化硼制得，所以反应的成本也十分低廉，而反应成本就很高,不适合工业化生产。除了原材料的价格，运输和储藏的成本也应当考虑,硼和三氧化二硼相对易于储运，而氯化硼在这方面的成本就要高不少.所以综合来看,还是反应最为合适,可以获得最大的效益.。4 环保问题 最后一点，也是非常重要的一点,就是环保问题.环保问题是社会和工厂十分关注的问题，因此选择低能耗,污染少的方法，不仅有社会效益，有利于可持续发展，更是会带来很大的经济效

9、益。 在氮化硼的合成中，反应虽然反应物利用率高,但是其能耗非常高，维持高温所消耗的能源，可能会比处理工业三废更需要资金，而提供能源所需用煤、天然气等，也会导致温室效应。反应能耗相对较低,但都伴随有副产物，尤其是反应，反应物氯化硼既是有毒气体，而副产物氯化氢也是有毒气体,如果处理不当，所产生的污染是比较严重的,不过在实际生产中，会由于氨气过量，产物是氯化铵。反应的副产物是水，看似是完全没有污染，不过实际操作还是要用酸冲洗,但是也可以用氨气与其化合成氯化铵以减少污染，此反应的环保问题在三者中也是最小的.若考虑对环境的污染最小,选择第三个方法还是比较合适的。2.5 结论综合上文讨论的结果，反应的技术

10、难度大,原料昂贵，在工业生产中不适合采用。反应额优势就在于产物的纯度比较高,但是技术难度较大，成本也要高于。所以对于高纯度有要求的生产,选择这个方法比较合适。反应的成本低，技术要求低,反应易发生,而且对环境的污染程度也相对较小，适合工厂大量生产,能获取较大的利益. 所以,在不同情况下，对于各种合成制备方法的选择，将会至关重要,并对我们实现目的产生影响,进一步了解氮化硼的合成方案，让化学材料能够更好地造福于人类。参考文献1. 葛雷,杨建，丘泰 六方氮化硼的制备方法研究进展，电子元件与材料,008,2（6）：22232. 郭胜光,吕波，王积森，宁洪涛，徐庆莘 氮化硼合成及应用的研究，山东机械，2004(6)：23. 张晓娜关于氮化硼合成的研究，200：23。4. 营口硼达精细化工有限公司对于氮化硼的介绍。5. 保定市中普瑞拓科技有限公司对于氮化硼的介绍。6. 强亮生，许崇泉 工科大学化学,29： 27-27. 高晓菊，王红洁，张大海 反应烧结制备六方氮化硼陶瓷,宇航材料工艺，29,（1）:-5 / 5