氮化硼具有优异的高温稳定性,具体表现为:
惰性气体环境中的稳定性
氮化硼在惰性气体(如氮气)中可承受3000℃以上高温而不熔化,仅在高于3个大气压的氮压力下才会熔化。在1大气压的氮气中,氮化硼于3000℃升华,表明其在无氧环境下具有很高的热稳定性。
非活性还原气氛中的耐高温性
在非活性还原气氛(如氨气)中,氮化硼的耐热温度可达2800℃,甚至加热至3000℃仍不分解。这种特性使其适用于高温工业环境,如冶金、电子封装等领域。
氧化气氛中的温度限制
在氧化气氛下,氮化硼的Z高使用温度为900℃,超过此温度会发生氧化反应,生成氧化硼(B₂O₃)并释放氮气。因此,在含氧环境中使用时需控制温度。
真空环境中的分解特性
在4×10⁻³毫米汞柱的真空环境中,氮化硼于1800℃开始迅速分解为硼(B)和氮(N)。这表明其在高真空或低压环境下需避免高温长时间暴露。
热压烧结材料的耐高温性
经过热压烧结的氮化硼粉末形成的白色块状材料,在氮气或惰性气氛中Z高使用温度可达2800℃,且生产过程更简单方便。这种材料易于加工,适用于高温润滑剂、耐火材料添加剂等领域。
不同晶型的耐高温差异
六方氮化硼(HBN):具有类似石墨的层状结构,高温稳定性好,耐热震性优异,导热系数高,膨胀系数低,电阻率大,耐腐蚀,可透微波或红外线。
立方氮化硼(CBN):硬度仅次于金刚石,热稳定性远高于金刚石,对铁系金属元素有较大的化学稳定性,适用于高温磨料和抛光剂。
纤锌矿氮化硼(WBN):在较低温度下可得到,具有独特的物理性质,但耐高温性可能略低于六方和立方晶型。
高温下的物理性能保持
氮化硼在高温下无软化现象,保持高强度和导热性。例如,六方氮化硼的膨胀系数相当于石英,但导热率是石英的十倍,使其在高温电子封装中表现优异。
实际应用中的高温表现
电子元器件:作为高温电子封装材料,氮化硼可在2000℃以下稳定工作,防止器件因高温变形或熔化。
冶金工业:作为耐高温润滑剂和脱模剂,氮化硼在2000℃以下的高温环境中不会发生反应或变形。