氮化硼陶瓷套

氮化硼作为一种性能优异且有很大发展潜力的新型陶瓷材料，共包括五种异构体，分别为六方氮化硼（h - BN）、立方氮化硼（c - BN）、纤锌矿氮化硼（w - BN）、菱方氮化硼（r- BN）和斜方氮化硼（o - BN）。

氮化硼粉末具有松散、润滑、质量轻、易吸潮等性质，颜色洁白，制品则呈现象牙白色。

氮化硼国内外发展历程：

氮化硼（BN）陶瓷是在1842年被人发现的化合物，国外对BN材料的研究自二战结束后开始，但直到1955年研究人员解决了BN的热压方法后才正式发展起来的。此后，美国金刚石公司和联合碳公司首先投入了生产，1960年已生产10吨以上；日本开始每年从美国进口大量BN产品，其后日本有三家公司也进行了几年的研究，并于1969年初试制成功，1970年投产。从国内来看，我国是1963年开始进行对BN粉末的研究，1966年研制成功，1967年就将其投入生产并应用于我国工业和尖端技术之中。

1 氮化硼陶瓷的物理化学性能

（1）热性能：氮化硼制品可以在1000℃左右的氧化气氛中和近3000℃的惰性气氛中使用。这一性质比莫来石、氧化铝和碳化硅耐火度高的耐火材料。同时耐热冲击性大，在1500℃的急冷急热环境下也不会产生破裂。

（2）化学稳定性：同绝大多数金属如溶液铁、铝、铜、硅、砷化钾、黄铜和冰晶石等均不起作用，矿渣玻璃亦是如此，因此氮化硼材料制成的容器可以作为上述物质的器皿。但是一般含有B2O3的具有吸湿性，这使得产品使用过程中急速加热会把吸进的水渗出来，进而产生裂纹，改善这一缺点的有效措施之一可以掺加一些结合剂。

（3）电性能：由于BN制品介电常数和介电损失都小，可以广泛地用于高频范围和低频范围内。它的介电强度是氧化铝的4.5倍，介电常数是氧化铝的二分之一，电性能同石墨相差很大，同氧化物陶瓷一样在高温下无导电性，是一种可以在较大温度范围内使用的电绝缘材料。

（4）机械加工性能：BN陶瓷莫氏硬度为二。可在车床、铣床等加工设备上加工；也可加工成薄片和螺旋体及各种形状复杂的零件。BN的机械强度低，虽在室温下比石墨优越，但较氧化物陶瓷脆性高。

（5）润滑性：BN粉末为六方晶系品体，是一种白色薄片状的微细材料，同石墨类似，俗称白石墨，润滑优良。

（6）轻质：BN是陶瓷材料中重量较小的材料。

（7）对中子吸收的性质：BN对中子吸收断面大。

2 氮化硼陶瓷的应用举例

目前对BN的研究主要集中在对其六方相（h - BN）和立方相（c - BN）上的研究。前者具有润滑性、导热性和良好的高温性能。后者在常温常压下也处于热力学平衡状态。h - BN 的主要应用领域还是作为合成立方氮化硼的原料。

（1）六方氮化硼的应用

六方氮化硼是一种耐高温、耐腐蚀、高导热率、高绝缘性以及润滑性能优良的材料，目前的情况来看简化工艺、降低生产成本、提高元件的使用寿命是这类材料目前比较活跃的研究方向。

①利用六方氮化硼优良的化学稳定性，可用作熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、火箭喷口、大功率器件底座、熔化金属的管道、泵零件、铸钢的模具等。

②利用六方氮化硼的耐热耐蚀性，可以制造高温构件、火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流件发电机的耐蚀件等。

③利用六方氮化硼的绝缘性，广泛应用于高压高频电及等离子弧的绝缘体以及各种加热器的绝缘子，加热管套管和高温、高频、高压绝缘散热部件，高频应用电炉的材料。

④利用六方氮化硼的润滑性，氮化硼作为润滑剂使用时，它可以分散在耐热润滑脂、水或溶剂中；喷涂在摩擦表面上，待溶剂挥发而形成干模；填充在树脂、陶瓷、金属表面层作为耐高温自润滑复合材料。氮化硼悬浮油呈白色或黄色，因而在纺织机械上不污染纤维制品，可大量用在合成纤维纺织机械润滑上。

⑤六方氮化硼还可用作各种材料的添加剂。由氮化硼加工制成的氮化硼纤维，为中模数高功能纤维，是一种无机合成工程材料，可广泛用于化学工业、纺织工业、宇航技术和其他尖端工业部门。

（2）立方氮化硼的应用：

(1）用作磨具材料：小颗粒的 cBN 单晶可以用作磨具材料。cBN 磨具是借助于结合剂的作用将 cBN 磨粒粘结成具有一定几何形状的制品作为一种超硬材料磨具。

cBN 磨具对于黑色金属，特别是硬度高、韧性大、高温时强度高和热传导率低的材料，具有良好的磨削性能，其金属磨除率是金刚石的10倍，解决了硬而韧难磨材料的加工问题。

立方氮化硼磨具用于高速磨削和珩磨加工，可使磨削效率大大提高；其磨削精度高，砂轮寿命长，节约了砂轮更换修整、机床调整和工件检测等许多辅助时间。

(2）用作刀具材料：PcBN 克服了 cBN 单晶易解理和各向异性等不足，主要用于制作刀具材料。PcBN 刀具特别适合于高速切削加工，也可以高精密切削，已广泛应用于数控机床，适合高硬度材料的切削加工，特别适合加工以前只能磨削加工的高硬度难加工材料，实现以车代磨、以铣代磨，能获得较好的工件表面质量，可以省去退火工序，大幅度提高生产效率。