Что такое кубический нитрид бора
Кубический нитрид бора
Кубический нитрид бора.
Кубический нитрид бора – бинарное соединение бора и азота (NB), сверхтвердый материал на основе кубической β-модификации нитрида бора, подобный алмазу.
Кубический нитрид бора:
Кубический нитрид бора кристаллизируется в структуре цинковой обманки ZnS (кубическая структура).
Свойства кубического нитрида бора:
– высокая износоустойчивость, длительное время сохраняет остроту,
– является хорошим диэлектриком с шириной запрещенной зоны 10 эВ,
– высокая термическая стойкость, устойчив к окислению до 1900-2000 о С. В то время как алмаз при температуре 800 о С начинает окисляться.
Применение кубического нитрида бора:
– атомная энергетика,
– электротехника,
– производство полупроводников, диэлектриков, интегральных схем,
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
пиролитический наноразмерный кубический нитрид бора гексагональный hbn 70нм 0.07 микрон где купить цена москва в спб екатеринбурге сыктывкаре минск применение керамика свойства формула в масло инструмент резец
алюминий материалы на основе спрей смазка получение пластины порошок нитрида бора дисперсия 0.07 микрон уайт спирит
Мировая экономика
Справочники
Востребованные технологии
Поиск технологий
О чём данный сайт?
Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.
Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.
Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!
Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.
О Второй индустриализации
Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.
Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.
Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.
Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.
Кубический нитрид бора
Рисунок 2.11 – Кубическая кристаллическая решётка сфалеритного нитрида бора
Рисунок 2.12 – Гексагональная кристаллическая решётка графитоподобного нитрида бора
Свойства кубического нитрида бора (таблица 2.3) близки свойствам алмаза, за сключением химического состава, что обусловливает его особенную ценность при шлифовании стали, где химическая активность алмаза может вызвать затруднения.
Механизм образования кубического нитрида бора более сложен, чем механизм образования алмазов. Создатель КНБ – Р. Венторф, предложил следующую модель его образования. Металл реагирует с нитридом бора, вследствие чего образуется соединение типов MeN и BN, в расплаве которого расплавляется нитрид бора. При соответствующих термодинамических условиях из раствора в расплаве происходит кристаллизация кубического нитрида бора.
В зависимости от условий роста, состава и свойств среды кристаллизации выращенный КНБ представляет собой агрегаты, друзы нарастания, перекристаллизации, сростки, двойники или монокристаллиты различной степени кристаллического совершенства.
На кристаллах КНБ наиболее часто встречаются грани тетраэдра, причём основной кристаллографической формой является комбинация положительного и отрицательного тетраэдров(рисунок 2.13).
Рисунок 2.13 – Полиэдрические формы роста монокристаллов КНБ
Огранка монокристаллов КНБ чутко реагирует на изменения условий роста. Изменение ростовой системы ведёт к существенному изменению морфологических особенностей кристаллов, что открывает перспективы для целевого получения кристаллов КНБ с заданной огранкой. При обеспечении специальных условий роста возможен синтез кристаллов КНБ с высоким пространственным фактором формы.
Рисунок 2.14 – Многогранные формы монокристаллов КНБ
Уникальные свойства плотных модификаций нитрида бора (высокая твёрдость, высокая химическая стойкость, термостойкость, ударная прочность) позволили создать на их основе целый ряд сверхтвёрдых поликристаллических материалов (материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора).
Кубический нитрид бора
Химическая формула — BN.
Содержание
Свойства материала Эльбор
| Материал | Микротвердость, ×10² МПа | Температурная устойчивость, °C |
|---|---|---|
| Алмаз | 1000 | 650—700 |
| Эльбор | 800—900 | 1100—1300 |
| Карбид кремния | 300—320 | 1200—1300 |
| Электрокорунд | 180—220 | 1500—1700 |
Внешний вид
Твёрдость
По твёрдости почти не уступает алмазу. Его высокая твёрдость, в 3—4 раза превосходящая твёрдость традиционных абразивов, является важным преимуществом, так как значительно уменьшает износ зёрен эльбора при шлифовании и длительное время сохраняет их остроту.
Термическая и химическая стойкость
Другим важным свойством и преимуществом эльбора является температурная устойчивость: заметное окисление поверхности зёрен эльбора начинается с 1000—1200 °C, в отличие от 600—700 °C у алмаза. Такие температуры при шлифовании являются мгновенными и возникают только при очень жёстких режимах шлифования. Поэтому зёрна эльбора очень мало изнашиваются от термических нагрузок.
Важным свойством и преимуществом эльбора является его высокая химическая стойкость. Эльбор не реагирует с кислотами и щелочами, инертен практически ко всем химическим элементам, входящим в состав сталей и сплавов. Особенно следует отметить инертность эльбора к железу, являющемуся основой всех сталей, тогда как алмаз хорошо растворяется в железе, что является причиной интенсивного износа алмазных кругов при шлифовании сталей.
Получение
Гексагональный нитрид бора (графитоподобная модификация) получается нагреванием равных количеств бора и азота при температуре 1700—1800 °C и давлении 8—12 ГПа. КНБ получают из него нагреванием при высоких давлениях и температурах в присутствии различных растворителей-катализаторов.
Применение
Применяется в промышленности в шлифовальном инструменте при обработке различных сталей и сплавов. Эльбор как абразивный материал обладает следующими преимуществами при шлифовании:
Использование шлифовальных кругов из эльбора по сравнению с прочими абразивными, в том числе алмазными, способствует значительному повышению производительности, точности и качества обработанных поверхностей деталей на разных операциях шлифования.
История
Кубический нитрид бора был впервые получен в 1957 году Робертом Венторфом (Robert H. Wentorf Jr.) для компании General Electric. В 1969 году компания зарегистрировала торговую марку «Боразон» для кристалла.
В СССР кубический нитрид бора был впервые синтезирован в 1960 г. в Институте физики высоких давлений Академии наук под руководством академика Л. Ф. Верещагина и получил название эльбор (Ленинградский боразон). С 1965 года эльбор синтезировался в промышленных масштабах по технологии Абразивного завода «Ильич» (Санкт-Петербург).
Упоминание в художественной литературе
Кубический нитрид бора под названием «Боразон» упоминается в романе Ивана Ефремова «Туманность Андромеды». В романе неоднократно говорится, что на звездолёте «Тантра» используются боразоновые цилиндры, боразоно-циркониевый лак. Интересен тот факт, что первое издание романа с упоминанием материала и сообщение о синтезе этого материала были опубликованы в одном и том же 1957 году. [ значимость факта? ]
Упоминание в кинофильмах
Боразон в качестве материала «намного прочнее алмаза» упоминается в обеих версиях фильма «Куотермасс и колодец». Боразоновое сверло было использовано с целью пробить внутреннюю часть марсианского космического корабля, где впоследствии были обнаружены трупы марсиан.
Эльбор
Эльбор (Ленинград + бор), боразон (от бор + азот), кубонит, кингсонгит, киборит — торговые марки сверхтвердых материалов на основе кубической β-модификации (сфалеритной) нитрида бора, или кубического нитрида бора (советская аббревиатура — КНБ, зарубежная — cBN). По твёрдости и другим свойствам приближается к алмазу (10 по шкале Мооса).
Химическая формула — BN, природного аналога не существует.
Содержание
Свойства материала Эльбор
| Материал | Микротвердость, ×10² МПа | Температурная устойчивость, °C |
|---|---|---|
| Алмаз | 1000 | 650—700 |
| Эльбор | 800—900 | 1100—1300 |
| Карбид кремния | 300—320 | 1200—1300 |
| Электрокорунд | 180—220 | 1500—1700 |
Внешний вид
Твёрдость
По твёрдости почти не уступает алмазу. Его высокая твёрдость, в 3—4 раза превосходящая твёрдость традиционных абразивов, является важным преимуществом, так как значительно уменьшает износ зёрен эльбора при шлифовании и длительное время сохраняет их остроту.
Термическая и химическая стойкость
Другим важным свойством и преимуществом эльбора является температурная устойчивость: заметное окисление поверхности зёрен эльбора начинается с 1000—1200 °C, в отличие от 600—700 °C у алмаза. Такие температуры при шлифовании являются мгновенными и возникают только при очень жёстких режимах шлифования. Поэтому зёрна эльбора очень мало изнашиваются от термических нагрузок.
Важным свойством и преимуществом эльбора является его высокая химическая стойкость. Эльбор не реагирует с кислотами и щелочами, инертен практически ко всем химическим элементам, входящим в состав сталей и сплавов. Особенно следует отметить инертность эльбора к железу, являющемуся основой всех сталей, тогда как алмаз хорошо растворяется в железе, что является причиной интенсивного износа алмазных кругов при шлифовании сталей.
Получение
Гексагональный нитрид бора (графитоподобная модификация) получается нагреванием равных количеств бора и азота при температуре 1700—1800 °C и давлении 8—12 ГПа. КНБ получают из него нагреванием при высоких давлениях и температурах в присутствии различных растворителей-катализаторов.
Применение
Применяется в промышленности в шлифовальном инструменте при обработке различных сталей и сплавов. Эльбор как абразивный материал обладает следующими преимуществами при шлифовании:
Использование шлифовальных кругов из эльбора по сравнению с прочими абразивными, в том числе алмазными, способствует значительному повышению производительности, точности и качества обработанных поверхностей деталей на разных операциях шлифования.
История
Кубический нитрид бора был впервые получен в 1957 году Робертом Венторфом (Robert H. Wentorf Jr.) для компании General Electric. В 1969 году компания зарегистрировала торговую марку «Боразон» для кристалла.
В СССР кубический нитрид бора был впервые синтезирован в Институте физики высоких давлений Академии наук под руководством академика Л. Ф. Верещагина. С 1965 года эльбор синтезировался в промышленных масштабах по технологии Абразивного завода «Ильич» (Санкт-Петербург).
Упоминание в художественной литературе
Кубический нитрид бора под названием «Боразон» упоминается в романе Ивана Ефремова «Туманность Андромеды». В романе неоднократно говорится, что на звездолёте «Тантра» используются боразоновые цилиндры, боразоно-циркониевый лак. Интересен тот факт, что первое издание романа с упоминанием материала и сообщение о синтезе этого материала были опубликованы в одном и том же 1957 году.
Упоминание в кинофильмах
Боразон в качестве материала «намного прочнее алмаза» упоминается в обеих версиях фильма «Куотермасс и колодец». Боразоновое сверло было использовано с целью пробить внутреннюю часть марсианского космического корабля, где впоследствии были обнаружены трупы марсиан.
Новый наноматериал из нитрида бора оказался тверже алмазов
Кубический нитрид бора (cBN), или эльбор, представляет собой соединение атомов азота и бора, объединенных в особые «кубические» кристаллы. Данный материал уступает по твердости только алмазу, а по многим другим параметрам превосходит его.
Американские и китайские физики создали особый наноматериал на основе микрокристаллов кубического нитрида бора, превосходящий по твердости и другим качествам алмазы, что позволит применять его для резки тех материалов, с которыми не справляются лучшие алмазные резцы, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
Кубический нитрид бора (cBN), или эльбор, представляет собой соединение атомов азота и бора, объединенных в особые «кубические» кристаллы. Данный материал уступает по твердости только алмазу, а по многим другим параметрам превосходит его. Порошок из кристаллов эльбора широко используется в качестве абразивного покрытия для промышленных станков, а крупные кристаллы — в качестве основы для резцов.
Группа физиков под руководством Юнцзюня Тяня (Yongjun Tian) из университета Яньшаня в городе Циньхуандао (Китай) смогла превратить кристаллы эльбора в наноматериал, превосходящий по твердости алмаз, экспериментируя с наночастицами из нитрида бора.
Как объясняют физики, чем меньше частицы эльбора, тем тверже будет наноматериал, собранный из спрессованных частиц этого вещества. На настоящий момент физикам удалось создать материал на основе его наночастиц размером в 14 нанометров, что позволило нитриду бора вплотную приблизиться к алмазам. Дальнейшее увеличение твердости затруднено тем, что меньшие наночастицы плохо «склеиваются» друг с другом из-за аномалий, которые появляются на гранях склеиваемых кристаллов.
Тянь и его коллеги нашли способ преодолеть эту проблему, использовав в качестве исходного сырья не кубический нитрид бора, а его «луковичную» разновидность. Кристаллы этой разновидности BN представляют собой сферические микрочастицы, с «ямками» и «холмами» на их поверхности, которые делают их похожими на луковицы.
Авторы статьи обнаружили, что сжатие смеси из таких наночастиц внутри пресса, нагретого до температуры в 1,6 тысячи градусов Цельсия, приводило к превращению «луковиц» в кубические кристаллы нитрида бора. В данном случае наноматериал не испытывал проблем с аномалиями на гранях кристаллов, и был намного прочнее, чем обычные материалы на основе спрессованных нанокристаллов эльбора.
Успешно синтезировав наноматериал, ученые проверили его на прочность, попытавшись разломать его кристаллы при помощи высокого давления. Оказалось, что новый вид кубического нитрида бора превосходит по прочности алмаз. Так, для его деформации необходимо давление, превышающее 108 гигапаскаль, что несколько больше аналогичного показателя для синтетических алмазов — 100 гигапаскаль.
По словам Тяня и его коллеги, их материал на основе нитрид бора имеет и несколько других преимуществ по сравнению с алмазами. В частности, он дешевле алмазов и может выдерживать нагрев до температур в 1,3 тысячи градусов Цельсия в присутствии кислорода без заметного ухудшения свойств.
Как полагают исследователи, их детище может не только использоваться в качестве абразивного материала, но и в роли покрытия режущих инструментов. В пользу этого говорит то, что данный наноматериал на 27% лучше сопротивляется изломам, чем карбид вольфрама (победитовый сплав), применяющийся в подавляющем большинстве промышленных станков.