질화붕소질소와 붕소 원자로 구성된 결정이다. 화학 성분은 붕소 43.6%, 질소 56.4%이며 HBN, RBN, CBN 및 WBN의 네 가지 변형이 있습니다. CBN은 일반적으로 흑색, 갈색 또는 진한 빨간색 결정으로 섬아연석 구조와 우수한 열 전도성을 갖습니다. 경도는 다이아몬드에 이어 두 번째로 공구 재료, 연마재 등으로 널리 사용되는 초경질 재료입니다. BN은 화학적 공격에 강하고 무기산이나 물에 의해 침식되지 않습니다. 붕소 질소 결합은 뜨거운 농축 알칼리에서 끊어집니다. 산화는 1200도에서 공기 중에서 시작됩니다. 분해는 진공상태에서 약 2700도에서 시작됩니다. 타는 산에는 약간 용해되고 냉수에는 용해되지 않으며 상대 밀도는 2.29입니다. 압축강도는 170Mpa이다. 최대 작동 온도는 산화 분위기에서 900도, 불활성 환원 분위기에서 2800도이지만 상온에서는 윤활 성능이 좋지 않습니다. BN의 대부분의 특성은 탄소 재료보다 우수합니다. HBN의 경우: 낮은 마찰 계수, 우수한 고온 안정성, 우수한 열충격 저항성, 고강도, 높은 열 전도성, 낮은 팽창 계수, 높은 저항률, 내식성, 마이크로파 또는 적외선 전송.
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화학식 |
BN |
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정확한 질량 |
25 |
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분자량 |
25 |
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m/z |
25 (100.0%), 24 (24.8%) |
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원소 분석 |
B, 43.56; N, 56.44 |
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재료 특성
CBN은 일반적으로 흑색, 갈색 또는 진한 빨간색 결정으로 섬아연석 구조와 우수한 열 전도성을 갖습니다. 다이아몬드 다음으로 경도가 높은 초경질 재료로 공구재료, 연마재 등으로 많이 사용됩니다.
질화붕소내약품성이 있으며 무기산이나 물에 부식되지 않습니다. 붕소 질소 결합은 뜨거운 농축 알칼리에서 끊어집니다. 산화는 1200도 이상의 공기 중에서 시작됩니다. 분해는 진공 하에서 약 2700도에서 시작됩니다. 뜨거운 산에는 약간 용해되고 찬물에는 용해되지 않으며 상대 밀도는 2.29입니다. 물과 함께 끓이면 가수분해가 매우 느려져 소량의 붕산과 암모니아가 생성됩니다. 실온에서 약산 및 강염기와 반응하지 않으며 뜨거운 산에는 약간 용해됩니다. 용융된 수산화칼륨으로 처리할 때만 분해될 수 있으며, 염소는 붉은 뜨거운 조건에서만 반응할 수 있습니다.
압축강도는 170MPa이다. 산화 분위기에서 최대 작동 온도는 900도이고, 비반응성 환원 분위기에서는 2800도에 도달할 수 있지만 실온에서는 윤활 성능이 좋지 않습니다. BN의 특성은 대부분 탄소재료보다 우수합니다. HBN의 경우: 낮은 마찰 계수, 우수한 고온 안정성, 우수한 열충격 저항성, 고강도, 높은 열 전도성, 낮은 팽창 계수, 높은 전기 저항률, 내식성, 마이크로파 또는 적외선 투명성.
재료 구조
가장 일반적으로 흑연 격자인 BN 육각형 결정 시스템에도 비정질 변형이 있습니다. BN에는 육각형 결정 형태 외에도 r-BN, c-BN 및 w-BN을 포함한 다른 결정 형태가 있습니다. 사람들은 얇은 흑연과 유사한 2차원 BN 결정을 발견하기도 했습니다.
일반적으로 생산되는질화붕소일반적으로 백색 흑연으로 알려진 흑연 유형 구조를 가지고 있습니다. 또 다른 유형은 다이아몬드 유형으로 흑연이 다이아몬드로 변하는 원리와 유사합니다. 흑연형 BN은 고온(1800도)과 고압(8000Mpa)[5-18GPa]에서 다이아몬드형 BN으로 변형될 수 있습니다. 드릴 비트, 연삭 도구 및 절단 도구를 만드는 데 사용되는 새로운 유형의 고온 내성 초경질 재료입니다.
준비 방법
1957년 Wentorf는 처음으로 입방체 BN을 인공적으로 합성했습니다. 온도가 1700도에 접근하거나 초과하고 최소 압력이 11-12GPa이면 순수 HBN이 CBN으로 직접 변환됩니다. 결과적으로 촉매를 사용하면 전이 온도와 압력을 크게 줄일 수 있다는 것이 발견되었습니다. 일반적으로 사용되는 촉매에는 알칼리 및 알칼리 토금속, 알칼리 및 알칼리 토질화물, 알칼리 토류 불화질화물, 붕산암모늄 염 및 무기 불화물이 포함됩니다. 붕산암모늄을 촉매로 사용하는데 필요한 온도와 압력은 가장 낮으며, 1500도에서 압력은 5GPa, 온도 범위는 6GPa에서 600-700도이다. 이를 통해 촉매를 첨가하면 변태 온도와 압력을 크게 줄일 수 있지만 필요한 온도와 압력은 여전히 상대적으로 높다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 제조 장비가 복잡하고 비용이 높으며 산업적 적용이 제한적이다.
1979년 Sokolowski는 저온, 저압에서 펄스 플라즈마 기술을 사용하여 CBN 필름을 성공적으로 제조했습니다. 사용되는 장비가 간단하고 프로세스 구현이 용이하여 빠른 개발이 가능했습니다. 다양한 증기 증착 방법이 등장했습니다. 전통적으로 주로 열화학 기상 증착을 의미합니다. 실험 설정은 일반적으로 내열성 석영 튜브와 가열 장치로 구성됩니다. 기판은 가열로(핫월 CVD) 또는 고주파 유도 가열(냉벽 CVD)에 의해 가열될 수 있습니다. 반응가스는 고온의 기판 표면에서 분해되어 화학반응을 거쳐 막을 형성한다. 반응 가스는 BCl3 또는 B2H6와 NH3의 혼합물입니다.
오토클레이브 내부의 고온, 고압의 반응 환경에서 물을 반응 매체로 사용하여 일반적으로 불용성이거나 용해되기 어려운 물질을 용해시키는 방법입니다. 반응은 또한 재결정화를 겪을 수도 있습니다. 열수 기술에는 두 가지 특징이 있습니다. 첫째, 상대적으로 온도가 낮다는 점과 둘째, 성분 휘발을 방지하기 위해 밀폐된 용기에서 수행된다는 점입니다. 저온저압 합성법으로 저온에서 입방체 BN을 합성하는데 사용됩니다.
최근 저온 나노물질 합성 방법으로 떠오르는 벤젠 열합성법이 폭넓은 주목을 받고 있다. 안정적인 공액 구조로 인해 벤젠은 용매열 합성에 탁월한 용매이며 최근 반응식에 표시된 대로 벤젠 열 합성 기술로 성공적으로 개발되었습니다.
BCl3 + Li3N → BN + 3LiCl
또는 BBr3+Li3N → BN+3LiBr
반응 온도는 450도에 불과하며 벤젠 열합성 기술은 상대적으로 낮은 온도와 압력에서 극한 조건과 초고압에서만 존재할 수 있는 준안정상을 제조할 수 있다. 이 방법을 사용하면 큐빅의 저온, 저압 제조가 가능합니다.질화붕소. 그러나 이 방법은 아직 실험적 연구 단계에 있으며 적용 가능성이 큰 합성 방법이다.
자기 전파 기술
높은 발열성 화학 반응을 유도하기 위해 외부 에너지를 활용함으로써 시스템은 국부적인 반응을 거쳐 화학 반응 전선(연소 파동)을 형성합니다. 화학 반응은 자체 열 방출을 지원하여 빠르게 진행되며 연소 파동은 전체 시스템에 퍼집니다. 이 방법은 전통적인 무기 합성 방법이지만 BN 합성에 대해서는 최근 몇 년간 보고된 바 있다.
이온빔 스퍼터링 기술
입자빔 스퍼터링 증착 기술을 이용하여 입방체 BN과 육각형 BN의 혼합 생성물을 얻습니다. 이 방법은 불순물이 적음에도 불구하고 반응 조건을 조절하기 어렵기 때문에 생성물의 형태를 조절하기가 어렵다. 이 방법에 대한 연구 개발의 잠재력은 여전히 큽니다.
탄소 열합성 기술
이 방법은 붕산을 원료로 하고, 탄소를 환원제로 사용하고, 암모니아 가스를 사용하여 탄화규소 표면의 BN을 질화시키는 방법이다. 생성된 제품은 복합재료 제조에 있어 순도가 높고 응용 가치가 높습니다.
레이저 유도 감소 방법
레이저를 외부 에너지원으로 사용하여 반응 전구체 간의 산화환원 반응을 유도하고 B와 N을 결합하여 BN을 생성하지만 이 방법도 혼합상을 생성합니다.
1. 금속 성형용 이형제 및 금속 인발용 윤활제.
2. 고온 조건에서 특수 전해 및 저항 재료.
3. 고온 고체 윤활제, 압출 내마모 첨가제, 세라믹 복합 재료 생산용 첨가제, 내화 재료 및 항산화 첨가제, 특히 용융 금속 부식에 저항하는 응용 분야용, 열 강화 첨가제 및 고온 내성 절연 재료.
4. 트랜지스터용 가열 밀봉 건조제, 플라스틱 수지 등 고분자용 첨가제.
5. BN 제품을 다양한 형태로 압착하여 고온, 고전압, 절연, 방열 부품으로 사용할 수 있습니다.
6. 항공우주 분야의 열 차폐 재료.
7. 촉매의 참여로 고온, 고압 처리를 통해 다이아몬드만큼 단단한 입방체 BN으로 전환될 수 있습니다.
8. 원자로의 구조재료.
9. 항공기 및 로켓 엔진용 제트 노즐.
10. 고전압, 고주파 전기 및 플라즈마 아크용 절연체.
11. 중성자방사선을 방지하는 포장재
12. BN을 가공한 초경질 재료로 지질 탐사 및 석유 시추를 위한 고속 절단 도구 및 드릴 비트를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
단순한 사이버 및 이민 회사가 아닙니다
13. 야금에서 연속 주조 강철용 분리 링, 무정형 철용 흐름 슬롯 및 연속 주조 알루미늄용 이형제(다양한 광학 유리 이형제)에 사용됩니다.
14. 각종 커패시터 필름 알루미늄 도금, 음극선관 알루미늄 도금, 디스플레이 알루미늄 도금 등을 위한 증발 보트를 만듭니다.
15. 신선도를 유지하는 각종 알루미늄 도금 포장백 등
16. 다양한 레이저 위조 방지 알루미늄 도금, 상표 핫 스탬핑 재료, 다양한 담배 라벨, 맥주 라벨, 포장 상자, 담배 포장 상자 알루미늄 도금 등.
17. 화장품은 립스틱의 필러로 사용되는데 독성이 없고 윤활성이 뛰어나며 윤기가 난다.
질화붕소100년 전에 고온 윤활제로 육각형 BN이 최초로 적용되면서 소개되었습니다. 그 구조와 특성은 흑연과 매우 유사하며 순백색이므로 일반적으로 "백색 흑연"으로 알려져 있습니다.
BN 세라믹은 일찍이 1842년에 발견되었습니다. BN 재료에 대한 광범위한 연구가 제2차 세계 대전 이후 해외에서 수행되었으며, BN 열간 압착 방법이 개발된 것은 1955년이 되어서였습니다. American Diamond Company와 United Carbon Company가 최초로 생산에 들어와 1960년까지 10톤 이상을 생산했습니다.
1957년 RH Wentrof는 최초로 CBN 개발에 성공했습니다. 1969년 제너럴일렉트릭(General Electric)이 보라존(Borazon)이라는 이름으로 매각했고, 1973년 미국은 CBN 절삭공구 생산을 발표했다.
1975년 일본은 미국으로부터 기술을 수입하고 CBN 절삭공구도 준비했다.
1979년 펄스 플라즈마 기술이 처음으로 저온, 저압에서 붕괴된 c-BN 박막을 제조하는 데 성공했습니다.
1990년대 후반에는 다양한 물리기상증착법(PVD)과 화학기상증착법(CVD)을 이용해 c-BN 박막을 제조할 수 있게 됐다.
국내 관점에서 볼 때 중국의 발전은 급속한 진전을 이루었습니다. BN 분말에 대한 연구는 1963년에 시작되어 1966년에 성공적으로 개발되었으며, 1967년에 생산에 투입되어 중국 산업과 첨단 기술에 적용되었습니다.
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