Nitreto de boroé um cristal composto por átomos de nitrogênio e boro. A composição química é 43,6% de boro e 56,4% de nitrogênio, com quatro variantes diferentes: HBN, RBN, CBN e WBN. O CBN é geralmente um cristal preto, marrom ou vermelho escuro com estrutura de esfalerita e boa condutividade térmica. A dureza perde apenas para o diamante e é um material superduro comumente usado como materiais de ferramentas e abrasivos. O BN é resistente ao ataque químico e não é corroído por ácidos inorgânicos e água. A ligação boro-nitrogênio é quebrada em álcali concentrado quente. A oxidação começa no ar a 1200 graus. A decomposição começa em cerca de 2.700 graus no vácuo. Ligeiramente solúvel em ácido ardente, insolúvel em água fria, densidade relativa 2,29. A resistência à compressão é de 170Mpa. A temperatura máxima de operação é de 900 graus em uma atmosfera oxidante e 2.800 graus em uma atmosfera redutora inativa, mas o desempenho da lubrificação é fraco à temperatura ambiente. A maioria das propriedades do BN são melhores que os materiais de carbono. Para HBN: baixo coeficiente de atrito, boa estabilidade em altas-temperaturas, boa resistência ao choque térmico, alta resistência, alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão, alta resistividade, resistência à corrosão, transmissão por microondas ou infravermelho.
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Fórmula Química |
BN |
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Massa Exata |
25 |
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Peso molecular |
25 |
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m/z |
25 (100.0%), 24 (24.8%) |
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Análise Elementar |
B, 43.56; N, 56.44 |
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Características dos materiais
O CBN é geralmente um cristal preto, marrom ou vermelho escuro com estrutura de esfalerita e boa condutividade térmica. Em termos de dureza, perdendo apenas para o diamante, é um material superduro comumente usado como material de ferramenta e abrasivo.
Nitreto de borotem resistência química e não é corroído por ácidos inorgânicos e água. A ligação boro-nitrogênio é quebrada em álcali concentrado quente. A oxidação começa no ar acima de 1200 graus. A decomposição começa por volta de 2.700 graus sob vácuo. Ligeiramente solúvel em ácido quente, insolúvel em água fria, com densidade relativa de 2,29. Quando fervido com água, a hidrólise é muito lenta, produzindo uma pequena quantidade de ácido bórico e amônia. Não reage com ácidos fracos e bases fortes à temperatura ambiente e é ligeiramente solúvel em ácidos quentes. Ele só pode se decompor quando tratado com hidróxido de potássio fundido, e o cloro só pode reagir com ele em condições de calor intenso.
A resistência à compressão é de 170MPa. A temperatura máxima de operação sob atmosfera oxidante é de 900 graus, embora possa atingir 2.800 graus sob atmosfera redutora não reativa, mas o desempenho da lubrificação é ruim em temperatura ambiente. A maioria das propriedades do BN são superiores às dos materiais de carbono. Para HBN: baixo coeficiente de atrito, boa estabilidade-de alta temperatura, boa resistência ao choque térmico, alta resistência, alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão, alta resistividade elétrica, resistência à corrosão, microondas ou transparência infravermelha.
Estrutura material
O sistema de cristal hexagonal BN, mais comumente rede de grafite, também possui variantes amorfas. Além da forma cristalina hexagonal, BN possui outras formas cristalinas, incluindo r-BN, c-BN e w-BN. As pessoas até descobriram cristais BN bidimensionais que se assemelham à espessura de grafite.
O comumente produzidonitreto de borotem uma estrutura do tipo grafite, comumente conhecida como grafite branca. Outro tipo é o diamante, que é semelhante ao princípio da transformação do grafite em diamante. O grafite tipo BN pode ser transformado em diamante tipo BN em alta temperatura (1800 graus) e alta pressão (8000Mpa) [5-18GPa]. É um novo tipo de material superduro resistente a altas temperaturas usado para fazer brocas, ferramentas de retificação e ferramentas de corte.
Método de preparação
Em 1957, Wentorf sintetizou pela primeira vez BN cúbico artificialmente. Quando a temperatura se aproxima ou ultrapassa 1700 graus e a pressão mínima é 11-12GPa, o HBN puro se transforma diretamente em CBN. Posteriormente, descobriu-se que o uso de catalisadores pode reduzir significativamente a temperatura e a pressão de transição. Os catalisadores comumente usados incluem metais alcalinos e alcalino-terrosos, nitretos alcalinos e alcalino-terrosos, fluornitretos alcalino-terrosos, sais de borato de amônio e fluoretos inorgânicos. A temperatura e a pressão necessárias para usar o borato de amônio como catalisador são as mais baixas, com uma pressão de 5GPa a 1.500 graus e uma faixa de temperatura de 600-700 graus a 6GPa. A partir disso, pode-se observar que, embora a adição de catalisadores possa reduzir bastante a temperatura e a pressão de transformação, a temperatura e a pressão necessárias ainda são relativamente altas. Portanto, os equipamentos para sua preparação são complexos, o custo é elevado e sua aplicação industrial é limitada.
Em 1979, Sokolowski preparou com sucesso filmes de CBN usando tecnologia de plasma pulsado em baixa temperatura e baixa pressão. O equipamento utilizado é simples e o processo é de fácil implementação, o que tem levado a um rápido desenvolvimento. Vários métodos de deposição de vapor surgiram. Tradicionalmente, refere-se principalmente à deposição termoquímica de vapor. A configuração experimental geralmente consiste em tubos de quartzo resistentes ao calor e dispositivos de aquecimento. O substrato pode ser aquecido por um forno de aquecimento (CVD de parede quente) ou por aquecimento por indução de alta-frequência (CVD de parede fria). O gás de reação se decompõe na superfície do substrato-de alta temperatura e sofre uma reação química para depositar um filme. O gás de reação é uma mistura de BCl3 ou B2H6 e NH3.
Este método usa água como meio de reação em um ambiente de reação de alta-temperatura e alta-pressão dentro de uma autoclave, permitindo a dissolução de substâncias que geralmente são insolúveis ou difíceis de dissolver. A reação também pode sofrer recristalização. A tecnologia hidrotérmica tem duas características: primeiro, tem uma temperatura relativamente baixa e, segundo, é realizada em recipiente fechado para evitar a volatilização dos componentes. Como método de síntese de baixa-temperatura e baixa{6}}pressão, é usado para sintetizar BN cúbico em baixas temperaturas.
Como um método emergente recentemente para sintetizar nanomateriais de baixa-temperatura, a síntese térmica de benzeno tem recebido ampla atenção. Devido à sua estrutura conjugada estável, o benzeno é um excelente solvente para síntese solvotérmica e foi recentemente desenvolvido com sucesso em uma técnica de síntese térmica de benzeno, conforme mostrado na equação de reação:
BCl3 + Li3N → BN + 3LiCl
Ou BBr3+Li3N → BN+3LiBr
A temperatura de reação é de apenas 450 graus, e a tecnologia de síntese térmica do benzeno pode preparar uma fase metaestável que só pode existir sob condições extremas e pressão ultra-alta em temperaturas e pressões relativamente baixas. Este método permite a preparação de amostras cúbicas em baixa-temperatura e baixa-pressãonitreto de boro. Porém, este método ainda está em fase de pesquisa experimental e é um método sintético com grande potencial de aplicação.
Tecnologia de autopropagação
Ao utilizar energia externa para induzir reações químicas altamente exotérmicas, o sistema sofre reações localizadas para formar uma frente de reação química (onda de combustão). A reação química prossegue rapidamente com o apoio de sua própria liberação de calor, e a onda de combustão se espalha por todo o sistema. Embora este método seja um método tradicional de síntese inorgânica, só foi relatado nos últimos anos para a síntese de BN.
Tecnologia de pulverização catódica por feixe de íons
Usando a tecnologia de deposição por pulverização catódica por feixe de partículas, é obtido um produto misto de BN cúbico e BN hexagonal. Embora este método tenha menos impurezas, a morfologia do produto é difícil de controlar devido à dificuldade de controlar as condições de reação. Ainda existe um grande potencial para o desenvolvimento de pesquisas sobre esse método.
Tecnologia de síntese térmica de carbono
Este método utiliza ácido bórico como matéria-prima, carbono como agente redutor e gás amônia para nitretar BN na superfície do carboneto de silício. O produto resultante possui alta pureza e grande valor de aplicação para a preparação de materiais compósitos.
Método de redução-induzido por laser
Usando o laser como fonte de energia externa para induzir reações redox entre os precursores da reação e combinar B e N para gerar BN, mas este método também produz uma fase mista.
1. Agentes desmoldantes para conformação de metais e lubrificantes para trefilação de metais.
2. Materiais eletrolíticos e resistivos especiais em condições de alta temperatura.
3. Lubrificantes sólidos de alta temperatura, aditivos anti{1}desgaste de extrusão, aditivos para produção de materiais compósitos cerâmicos, materiais refratários e aditivos antioxidantes, especialmente para aplicações que resistem à corrosão de metal fundido, aditivos de aprimoramento térmico e materiais de isolamento resistentes a altas-temperaturas.
4. Dessecantes de vedação térmica para transistores e aditivos para polímeros, como resinas plásticas.
5. Prensados em vários formatos de produtos BN, que podem ser usados como componentes de alta-temperatura, alta-tensão, isolamento e dissipação de calor.
6. Materiais de blindagem térmica na indústria aeroespacial.
7. Com a participação de um catalisador, ele pode ser convertido em BN cúbico que é tão duro quanto o diamante por meio de tratamento em alta-temperatura e alta-pressão.
8. Materiais estruturais de reactores atómicos.
9. Bicos de jato para motores de aeronaves e foguetes.
10. Isoladores para arcos elétricos e de plasma de alta-tensão e alta{2}}frequência.
11. Materiais de embalagem que evitam a radiação de nêutrons.
12. Um material superduro processado a partir de BN, que pode ser usado para fabricar ferramentas de corte de alta-velocidade e brocas para exploração geológica e perfuração de petróleo.
Não apenas uma empresa tradicional de cibernética e imigração
13. Anéis de separação usados na metalurgia para aço fundido contínuo, ranhuras de fluxo para ferro amorfo e agentes desmoldantes para alumínio fundido contínuo (vários agentes desmoldantes de vidro óptico).
14. Faça barcos de evaporação para vários revestimentos de alumínio de filme de capacitor, revestimento de alumínio de tubo de raios catódicos, revestimento de alumínio de exibição, etc.
15. Vários sacos de embalagem revestidos de alumínio-de conservação, etc.
16. Vários revestimentos de alumínio-anti-falsificação a laser, materiais de estampagem a quente de marcas registradas, vários rótulos de cigarros, rótulos de cerveja, caixas de embalagem, caixas de embalagem de cigarros, revestimento de alumínio e assim por diante.
17. Os cosméticos são usados como preenchimento de batom, que não são-tóxicos, são lubrificantes e têm brilho.
Nitreto de borofoi introduzido há mais de 100 anos, e sua primeira aplicação foi o BN hexagonal como lubrificante-para altas temperaturas. Sua estrutura e propriedades são muito semelhantes às do grafite, sendo também branco puro, por isso é comumente conhecido como “grafite branco”.
A cerâmica BN foi descoberta já em 1842. Extensas pesquisas sobre materiais BN foram realizadas no exterior desde a Segunda Guerra Mundial, e foi somente em 1955 que o método de prensagem a quente BN foi desenvolvido. A American Diamond Company e a United Carbon Company foram as primeiras a entrar em produção, produzindo mais de 10 toneladas em 1960.
Em 1957, RH Wentrof foi o primeiro a desenvolver com sucesso o CBN. Em 1969, a General Electric vendeu-a como Borazon e, em 1973, os Estados Unidos anunciaram a produção de ferramentas de corte CBN.
Em 1975, o Japão importou tecnologia dos Estados Unidos e também preparou ferramentas de corte de CBN.
Em 1979, a tecnologia de plasma pulsado foi usada com sucesso pela primeira vez para preparar filmes finos de c-BN colapsados em baixa temperatura e baixa pressão.
No final da década de 1990, as pessoas conseguiram preparar filmes finos de c-BN usando vários métodos de deposição física de vapor (PVD) e deposição química de vapor (CVD).
Do ponto de vista interno, na China, o desenvolvimento registou progressos rápidos. A pesquisa sobre o pó BN começou em 1963, foi desenvolvida com sucesso em 1966 e foi colocada em produção e aplicada na indústria chinesa e na tecnologia-de ponta em 1967.
Tudo o que você precisa saber
Para que é usado o nitreto de boro?
Os produtos de nitreto de boro são amplamente utilizados em indústrias como: Produção de aço e fundição. Fabricação de fornos-de alta temperatura. Indústrias de microeletrônica e semicondutores.
O nitreto de boro é bom para a pele?
Por ser um produto sintético,é quimicamente estável e conhecido por ser seguro e suave para a pele. Devido a um processo de fabricação estritamente controlado, Tokuyama h-BN é extremamente puro, com muito pouco boro solúvel. Em conformidade com os padrões japoneses de quase{4}}ingredientes de medicamentos de 2021.
Os alimentos com nitreto de boro são seguros?
O nitreto de boro é uma alternativa real e saudável (certificado de segurança para contato com alimentos da NSF) ao PTFE ou Teflon, que também pode ser utilizado como carga em polímeros devido às suas excelentes propriedades de lubrificação.
O nitreto de boro é mais forte que o diamante?
Foi relatado que é18%mais forte que o diamante. Salvo indicação em contrário, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 graus [77 graus F], 100 kPa). Devido à excelente estabilidade térmica e química, as cerâmicas de nitreto de boro são usadas em equipamentos de alta-temperatura e fundição de metal.
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