氮化硼（英文名稱：硼 氮化物）是一種無機化合物，分子式為，分子量為24.82，主要分為兩類具有四種不同的變體，分別為雜化的六方氮化硼（）、菱方氮化硼（)和雜化的立方氮化硼（）和纖鋅礦氮化硼()。氮化硼不同變體之間也具有差異，如六方氮化硼結(jié)構(gòu)類似于石墨礦，而立方氮化硼結(jié)構(gòu)類似于金剛石。
不同結(jié)構(gòu)的氮化硼具有不同的性質(zhì)，石墨型的氮化硼摩擦系數(shù)底，且松散，金剛石型氮化硼硬度高僅次于金剛石，依據(jù)氮化硼結(jié)構(gòu)特點，其可被廣泛應用于冶金（如堝的耐熱涂料）、化工（如作為壓力傳遞介質(zhì)、樣品和加熱元件之間的絕緣體）、機械（如刀具和工具表面作為耐磨涂層）、電子（如晶體管，集成電路的熱槽和微波元件）、航空（如太空中的固體潤滑膜）等領域。
氮化硼對眼睛、呼吸道以及水生生物可能會造成傷害；氮化硼粉末可能會致實驗性肺塵病。
發(fā)展歷史
氮化硼最早的應用是作為高溫潤滑劑的六方氮化硼，氮化硼陶瓷最早是于1842年被人發(fā)現(xiàn)的，1957年通用電氣按照石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的類似方法制得了立方氮化硼（）?，1966年11月10日，中國造出了第一顆立方氮化硼，1973?年美國宣布制成立方氮化硼（）刀具。膜最早于1979年Sokolowski用反應脈沖結(jié)晶法在低濕下制備出，立方氮化硼最早是于2009年在自然界中發(fā)現(xiàn)，由美國、中國和德國的地質(zhì)學家組成的國際研究團隊在中國青藏高原南部山區(qū)地下約306公里深處古海洋地殼的富鉻巖內(nèi)中找到，并被命名為qingsongite。經(jīng)過多年的發(fā)展氮化硼已被廣泛應用于冶金、化工、機械、電子、航空等領域。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
氮化硼是由氮和硼原子所構(gòu)成的晶體，化學組成為硼占43.6％，氮占56.4％。由于氮原子和硼原子采取不同雜化方式相互作用，以及空間堆垛的方式不同可形成四種不同結(jié)構(gòu)的氮化硼晶體，即雜化的六方氮化硼（）、菱方氮化硼（)和雜化的立方氮化硼（）和纖鋅礦氮化硼()。此外還有非晶體氮化硼，其與石墨晶格結(jié)構(gòu)相同。
六方氮化硼
六方氮化硼屬六方晶系，具有與石墨礦類似的結(jié)構(gòu)，每一層由原子和原子交替排列組成一個平面六元環(huán)，鍵角為120°，六方氮化硼的結(jié)構(gòu)層狀排列為ABAB類型。氮、硼原子間以共價鍵和范德·瓦耳斯鍵連接；層間通過、配位鍵相互結(jié)合形成三維立體結(jié)構(gòu)。
菱方氮化硼
菱方氮化硼屬三方晶系，具有菱面體結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，結(jié)構(gòu)層狀排列為ABCABC類型，具有與六方氮化硼相同的性質(zhì)，不能用物理方法將其分開。菱方氮化硼層間的排列類型更有利于向立方氮化硼轉(zhuǎn)變，可以用菱方氮化硼在沖擊壓縮中直接得到了立方氮化硼。
立方氮化硼
?立方氮化硼屬立方晶系，具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)類似，在理想的立方氮化硼晶格中，所有四個鍵的鍵長都相等，鍵與鍵間的夾角為109'5'。立方氮化硼品體每一層是按緊密球堆積的原則構(gòu)成的，且是同類原子所組成的，由硼原子構(gòu)成的單層與由氦原子構(gòu)成的單層相互交替；原子間以共價鍵、弱離子鍵結(jié)合。立方氮化硼格子具有?AA'?BB'CC'?AA'BB'的連續(xù)的層堆垛，立方氮化硼最典型的幾何形狀是正四面體晶面和負四面體品面的結(jié)合。
纖鋅礦氮化硼
纖鋅礦氮化硼屬六方晶體，具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，纖鋅礦氮化硼和立方氮化硼的結(jié)構(gòu)都是由成對的原子層組成的，一個平面是硼原子，另一個平面是氦原子。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
氮化硼因其具有不同的結(jié)構(gòu)，所以其性質(zhì)也有所不同。石墨型氮化硼也稱白色石墨，通常是松散、潤滑、易吸潮、質(zhì)輕、難溶、耐高溫白色粉末；金剛石型氮化硼硬度比較高，在一定條件下石墨礦型氮化硼可轉(zhuǎn)化為金剛石型氮化硼。
石墨型
石墨型氮化硼分為方氮化硼、菱方氮化硼，其共同點為外觀為白色，因而有時稱該種氮化硼為類石墨氮化硼或白石墨；微溶于水，在約3000℃升華，耐高溫、具有很高的電阻率，不同點為菱方氮化硼密度2.276g/cm3；六方氮化硼密度2.280g/cm3，六方氮化硼抗熱震性能好，室溫電阻率為1014Ω·cm，介電常數(shù)為4，摩擦系數(shù)為0.16，壓縮強度為170MPa，莫氏硬度為2。
金剛石型
金剛石型氮化硼分為立方氮化硼、纖鋅礦氮化硼，其共同點為硬度僅次于金剛石，不同點為纖鋅礦氮化硼密度2.470g/cm3、立方氮化硼密度2.480g/cm3，純凈的立方氮化硼是無色透明的，常壓下熔點在3000℃左右，室溫下的熱傳導率為1.3kW·K-1·m-1，導熱性好，其熱膨脹系數(shù)為3.5x10-6K-1，折射率為2.117，電阻率為102~1010Ω·cm，介電常數(shù)為4.5，舊莫氏硬度為9.8，維氏硬度為68.6~88.2GPa，抗壓強度為7.2?GPa，抗彎強度為294?MPa。
化學性質(zhì)
熱穩(wěn)定性與氧化性
氮化硼非常穩(wěn)定，在高溫、高壓下，氮化硼的結(jié)構(gòu)可由石墨型轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/hebeideji/7201056481893367864.html">金剛石型。立方氮化硼在?800℃以上會與空氣或氧氣發(fā)生反應生成，但在立方氮化硼晶體周圍形成一層固體保護膜，能夠阻止其在1300℃以下發(fā)生進一步氧化；立方氮化硼晶體在氧氣中1525℃下和真空（13μPa）中1550~1600℃之間會發(fā)生向六方氮化硼的轉(zhuǎn)變。
分解反應
在水蒸氣中加熱，900℃以后立方氮化硼會發(fā)生分解，與水生成硼酸和氨；在較低溫度時氮化硼也可被或分解。
與酸、堿反應
一般情況下，氮化硼不受稀酸、濃酸、強氧化劑侵蝕，溫度不很高時，與堿的作用也不明顯。
其他反應
氮化硼對鐵族元素則有較大的惰性，但在1050℃時能與鋁發(fā)生反應，在1250~1300℃能與含鋁的鐵、合金發(fā)生反應。
應用領域
冶金
在高溫下氮化硼對熔體有很高的防腐性，它是鉆模不可少的材料；氮化硼除在玻璃和金屬成形中用作脫模劑外，還可用在坩堝的耐熱涂料以及防止樣品和耐火材料反應、或防止?jié)B碳作用方面。還可以將粉末氮化硼添加到某些金屬粉末中，用粉末冶金工藝加以燒結(jié)，可以使制得的粉末冶金產(chǎn)品具有自潤滑性能，如無油軸承、滑動電刷、觸點等零部件。
化工
由于氮化硼在高溫、高壓下是穩(wěn)定的，可作為壓力傳遞介質(zhì)、樣品和加熱元件之間的絕緣體；因它在高溫下有較高的強度，可用于高溫常壓護和等離子槍中；由于含有硼，可作為分散于高純硅中的摻雜物。氮化硼可廣泛用于鋼鐵制品的精密加工、研磨等，以提高材料硬度和耐用程度；沉積于高速鋼或碳化物刀片上在相當高的切削溫度下也能切削加工各種硬質(zhì)材料、耐熱鋼、鈦合金、火鋼等。
機械
氮化硼在機械領域主要用于刀具和工具表面作為耐磨涂層。氮化硼分散在水和油中，就可作為拔絲和壓制品成形的潤滑劑，如親水性和親油性氮化硼潤滑劑；由于氮化硼化學性能好，耐負荷性能高，因此可用作高溫爐滑動零件的工業(yè)潤滑材料，并正在研制氮化硼粉末和氟化物沒藥樹的復合材料以用作軸承的滑動零件、金屬和勾瓷的填料。此外，作為自身潤滑的燒結(jié)產(chǎn)品，氮化硼正用作軸承材料、滑動零件和接觸材料，以提升材料自潤滑性能。
電子
由于防腐、耐熱、絕緣和介電性能可作電子材料，熱電偶防護管和高溫實驗材料；氮化硼可用作光學元件的表面涂層，特別是一些光學窗口的涂層，如硒化鋅、硫化鋅窗口材料的涂層，以提高材料的透光性和硬度。通過摻入特定的雜質(zhì)可獲得半導體特性，如在高溫高壓合成過程中，添加可得到p型半導體；可用于晶體管，集成電路的熱槽和微波元件。高導熱性氮化硼可以作為填料制備復合材料，使其具有更高的導熱性和穩(wěn)定性，用于封裝材料，可以滿足高頻場合發(fā)熱元器件的散熱要求。
醫(yī)療
六方氮化硼具有更好的生物相容性，可以用作生物骨架，藥物遞送的載體材料?？招那蛐蔚鸺{米材料可以作為藥物傳遞的載體，利用內(nèi)部中空區(qū)域承載治療藥物或釋放基因，而且球形的六方氮化硼攝取容易方便注射使用，對于生物醫(yī)學和癌癥治療等方面具有很大的研究價值。
美妝
氮化硼可作為高檔化妝品填充劑，以提高化妝品的遮蓋力和附著力，可以使得化妝品具有良好的順滑感，親膚性還好，可吸收多余油脂，使肌膚呈現(xiàn)緊致透亮，而且氮化硼制作的彩妝涂抹后容易清潔，對人體皮膚無害，如六方氮化硼用于口紅的填料，可以提升潤滑性和光亮感；用于水包油膏霜、護膚水，可使皮膚細膩、順滑，還有亮白等效果。
航空
氮化硼在真空中具有很低的摩擦系數(shù)，可用作太空中的固體潤滑膜，氮化硼制品可以用作火箭燃燒室的襯里、載人飛船的熱屏蔽材料等，提升材料的使用溫度。
原子能
氮化硼含有的43％的硼，有些大的中子吸收區(qū)，適用于核反應堆，氮化硼制品還可用作為反應堆吸收中子的控制棒，可以提高使用溫度。
其它
氮化硼可以做紅外線的濾光片、鈉光燈的襯里、?2500~6500A的熒光材料，以提高材料的使用溫度，還可以做成陶瓷材料，氮化硼陶瓷材料可以容易地被機械加工，加工精度還很高，還能保證絕緣散熱的效果，提高材料的利用率，降低使用成本。氮化硼和二氧化錫制備的復合材料具有很好的催化作用，而且在復合材料中具有大量的羥基自由基，有助于降解有機污染物。
制備方法
氮化硼制備可采用先驅(qū)體法、化學氣相沉積法、傳統(tǒng)高溫法、水（溶劑）熱法、自蔓延高溫合成法、激光化學氣相分解法、氣溶膠法等；通常制備的氮化硼為石墨礦型層狀結(jié)構(gòu)。制備立方氮化硼方法有靜態(tài)高壓高溫法、動態(tài)高壓法、亞穩(wěn)區(qū)域生長法等，其中應用最廣泛、最成熟的為靜態(tài)高壓高溫觸媒法。
六方氮化硼的制備
先驅(qū)體法
先驅(qū)法即將硼源和氮源加熱溶解形成液體先驅(qū)體然后再將溶液干燥成固體先驅(qū)體后高溫焙燒即可得到六方氮化硼的半成品；此種方法在硼源和氮源的選擇不同是，其具體的合成操作方法也會不同。先驅(qū)法是制備六方氮化硼陶瓷材料的一種重要方法。
化學氣相沉積法
化學氣相沉積法是一種合成高性能材料的新技術，制備六方氮化硼顆粒一般采用熱壁式反應器，將含硼、氮的氣態(tài)原料通過載氣導入到反應室內(nèi)，在高溫下氣態(tài)原料之間發(fā)生化學反應生成六方氮化硼顆粒?；瘜W氣相沉積法制備的六方氮化硼顆粒純度和球形度都比較高，但在制備過程中的操作要求較高。
水（溶劑）熱法
水（溶劑）熱法是在密封的高壓反應釜里，以水(或有機溶劑)為反應介質(zhì)，通過加熱高壓反應釜，形成高溫、高壓的反應環(huán)境，使難溶或不溶的反應原料溶解并發(fā)生反應生成新的晶體。水（溶劑）熱法其優(yōu)點制備時的工藝條件容易控制，可在相對較低溫度下制備出六方氮化硼顆粒，且產(chǎn)物不僅分布均勻，球形度好其粒度還可以達到納米級，缺點是產(chǎn)率偏低，且多數(shù)原料不穩(wěn)定有毒，對環(huán)境污染比較大。
傳統(tǒng)高溫法
傳統(tǒng)高溫法是制備六方氮化硼顆粒的重要途徑，工業(yè)上最常用的就是以硼砂和尿素（或氯化銨）為原料，進行制備。傳統(tǒng)高溫法具有成本較低、工藝流程簡單、適合工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點，但缺點也較明顯，其在制備過程中受到不同因素的影響，會使其制備的產(chǎn)物在粒度、純度、形貌和結(jié)晶度等方面波動性較大。
硼砂—尿素法
硼砂—尿素法是將硼砂與尿素混合，物料進行羥醛縮合，生成硼砂和尿素的中間體，冷卻后進行粉碎，再送人氮化爐中進行氮化反應，最后冷卻、酸洗、烘干制得三氯化硼。其反應式為：
硼砂—氯化銨法
硼砂—氯化法是將碘化鈉硼砂與氯化銨混合后，壓成塊狀，再放人反應爐中通人氦氣進行反應，最后進行冷卻、酸洗、水洗、過濾，干燥制得氮化硼。其反應式為：
立方氮化硼的制備
靜態(tài)高壓高溫觸媒法
靜態(tài)高壓高溫觸媒法是在高壓、高溫和觸媒作用下，使結(jié)構(gòu)的六方氮化硼轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的立方氮化硼。通常在觸媒參與下六方氮化硼轉(zhuǎn)化為立方氮化硼需要壓力4~6GPa，溫度1400~1900℃，合成所需時間視產(chǎn)品的品級而定。合成工藝有粗顆粒合成工藝、細粒度合成工藝、低成本工藝、高韌性合成工藝和快速生長工藝等。
菱方氮化硼的制備
將裝有含硼原料的石墨坩堝放入高溫爐中，加熱至1773~2373K。在加熱的同時，使含的氣體從高溫爐內(nèi)流過。為了安全，宜使用與氮氣、氦氣、氫氣或其它還原性氣體或惰性氣體混合氣。
纖鋅礦氮化硼的制備
纖鋅礦氮化硼的制備可通過對立方氮化硼材料進行高壓、高溫（約7GPa?和1800℃）燒結(jié)制得。
安全事宜
毒理
鼠經(jīng)口LD50:>50g/kg，兔子經(jīng)皮膚LD50:>20mL/kg。
健康影響
氮化硼會引起嚴重的眼睛刺激，可能引起呼吸道刺激，可能對水生生物造成長期的有害影響；氮化硼粉末可能會致實驗性肺塵病。
運輸儲存
氮化硼應貯存在通風良好、干燥的庫房內(nèi)，防止受潮。運輸時應裝入木箱內(nèi)，以免損壞受潮。
參考資料 >
Boron nitride.PubChem.2023-10-22
立方氮化硼首次在自然界中找到----中國科學院.中國科學院.2023-10-28