氮化硼是一种由氮原子和硼原子组成的晶体，它具有四种不同的变体：六方氮化硼（hBN）、菱形氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纤锌矿-f-氮化硼（WBN）。

硼可以通过B2O3与NH4Cl共熔或在NH3中燃烧来制备氮化硼。氮化硼通常被称为白石墨，它具有良好的耐腐蚀性和电绝缘性，比电阻大于10-60。此外，氮化硼在高温下具有较好的热膨胀性能。

氮化硼常与氟化石墨、石墨和二硫化钼混合作为高温润滑剂使用。它还可以作为具有自润滑性能的轴承和滑动部件的材料。此外，氮化硼还具有良好的导热性和硬度，仅次于钻石。

氮化硼的特性

氮化硼具有闪锌矿结构和良好的导热性。它耐化学侵蚀，不受无机酸和水的侵蚀。在高温下，氮化硼的稳定性和强度都很高。此外，氮化硼还具有低摩擦系数、低膨胀系数、高电阻率和耐腐蚀性。

氮化硼的生产

氮化硼通常由石墨结构制成，也可以通过将石墨氮化硼在高温高压下转变为金刚石型氮化硼。金刚石型氮化硼是一种新型的耐高温刀具和刀具。

氮化硼是一种高科技产品，通过高温结晶而成。它具有多种特性，包括电气绝缘、低介电常数、高温安定、热传导性佳、润滑性好、化学安定性佳、不沾黏、高反光性、柔焦作用、高散热能力及无毒安全等。因此，氮化硼在各类产业中得到广泛应用。此外，由于其滑嫩肤触与自然柔焦的特质，它还成为欧、美、日美妆品牌喜爱的材料。

氮化硼的性质

氮化硼具有出色的干性润滑特性，并且能够耐高温。因此，在金属工业中，它逐渐取代了会污染环境的石墨和滑石等材料。此外，氮化硼在陶瓷材料中的导热系数被认为是优良的选择，它既具有绝缘性能，又具有导热性能，这是一种稀有的条件。近年来，氮化硼在电子工业中解决散热问题方面备受青睐。

氮化硼的制备方法

制备含六方氮化硼的高技术复合陶瓷的方法包括以下步骤：

(1)原料混合：将氧化硼、硼酸或其他含硼原料与陶瓷材料按所需比例混合均匀；

(2)成型：采用模压成型或铸造成型，将混合均匀的原料粉末成型为坯料；

(3)氮化处理：在450-950℃温度下，通入氨气进行氮化处理，处理时间为0.5-24小时，然后进行冷却。

氮化硼陶瓷是一种新型材料，虽然在国内工业中应用较少，但其在物理和化学方面的性能优势是传统陶瓷无法比拟的。那么，氮化硼陶瓷具体有哪些优势呢？

首先，氮化硼陶瓷具有出色的热性能。相比其他耐火材料，氮化硼陶瓷的耐热性能更为突出，可以在1000℃的氧化气氛中，甚至在3000℃的惰性气氛中直接使用。

其次，氮化硼陶瓷具有稳定的化学性能。它与大多数金属不会发生化学反应，也不会与矿渣和玻璃发生变化，因此可以作为优秀的容器使用。需要注意的是，含有杂质的物品具有吸湿性，在急速加热过程中可能会对氮化硼陶瓷造成损害，但通过掺加结合剂可以改善这种情况。

此外，氮化硼陶瓷具有良好的电性能。作为电绝缘材料，它的介电常数和介电损失都很小，是电绝缘的理想材料。

除了以上几个主要性能，氮化硼陶瓷还具有低硬度，可进行机械加工，并且可以达到较高的精度要求。它的密度与金刚石相当，但耐热性优于金刚石，因此可以制成钻头、磨具等工具。由于氮化硼陶瓷的各种性能优势，它的应用范围非常广泛。

氮化硼是一种由氮原子和硼原子构成的晶体，化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮。它存在四种不同的变体，分别是六方氮化硼（HBN）、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纤锌矿氮化硼（WBN）。

六方氮化硼又被称为白石墨，它是最简单的硼氮聚合物。与石墨中的六方碳网络类似，六方氮化硼中的氮和硼也形成六方网络层，并相互重叠形成晶体。六方氮化硼具有抗磁性和高各向异性，晶体参数与石墨非常相似。

氮化硼在耐火材料、半导体固相掺杂源、原子反应堆结构材料、中子辐射防护包装材料、火箭发动机组成材料、高温润滑剂和脱模剂等领域有广泛应用。它具有高熔点、耐高温、化学性质稳定、耐酸腐蚀、电绝缘性能高等特点。

除了六方氮化硼，还有立方氮化硼（金刚石型）。立方氮化硼呈黑色或棕色颗粒状晶体，相对密度为3.48，熔点为3000℃。它的硬度与金刚石相当，高温稳定性优于金刚石。

氮化硼纤维是一种无机合成工程材料，广泛应用于航空航天和国防工业。CBN（立方氮化硼）还可用作深井钻头和高速切削刀具。

近年来，氮化硼作为一种发展迅速的硼化物，在多个领域展现出了优异的性能。尤其是六方氮化硼(h-BN)具有类似石墨的层状结构和晶格参数，使其在蒸发舟陶瓷制品、LED导热封装材料及化妆品等领域受到广泛关注。

氮化硼的层状结构

在这些领域的推动下，全球氮化硼市场规模呈现稳定增长，并涌现出许多衍生产品。

首先，氮化硼在聚合物基导热复合材料的导热填料方面备受关注。氮化硼粉体的高导热性、高绝缘性、低介电性、轻质不易沉降和优良的化学稳定性等特点，使其在覆铜板、硅胶、硅脂、导热胶等导热行业应用广泛。此外，氮化硼粉体还在化妆品领域具有出色的润滑性，能够提升化妆品的延展性和光泽度。

其次，氮化硼在涂料领域也有广泛应用。晶亿成功开发了七种型号的氮化硼涂料，用于铝、钛、铜及其合金铸造工业的脱模、润滑和高温防氧化等方面。这些涂料是替代石墨乳等高污染性涂料的最佳选择。此外，氮化硼涂料还可显著提高玻璃热弯成型和光学镜头加工的成型合格率。

最后，氮化硼在陶瓷领域也有广泛应用。氮化硼陶瓷具有良好的耐热性、热稳定性、导热性和润滑性，可用于制造熔炼半导体的坩埚、冶金用高温容器、半导体散热绝缘零件、高温轴承、热电偶套管和玻璃成形模具等。此外，氮化硼还可以与其他材料制备成复合陶瓷。

氮化硼是一种由氮原子（N）和硼原子（B）组成的二元化合物，化学式为BN。与碳类似，氮化硼具有多种同质异形体，其中六方氮化硼（α-BN）结构类似于石墨，可作为润滑剂；立方氮化硼（β-BN）结构类似于钻石，硬度仅次于金刚石，但耐高温性更好。

氮化硼的生产工艺和特点

氮化硼有四种不同的变体：六方氮化硼（HBN）、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纤锌矿氮化硼（WBN）。

制备氮化硼可以通过将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧。通常制得的氮化硼是石墨型结构，也称为白色石墨。另一种是金刚石型，类似于石墨转变为金刚石的原理，石墨型氮化硼在高温高压下可转变为金刚型氮化硼。金刚型氮化硼的硬度和金刚石相当，耐热性优于金刚石，是一种新型耐高温的超硬材料，可用于制作钻头、磨具和切割工具。

氮化硼具有耐腐蚀性和良好的电绝缘性，电阻大于10-6 Ω·cm；压缩强度为170MPa；在c轴方向上的热膨胀系数为41×10-6/℃，而在d轴方向上为-2.3×10-6；在氧化气氛下最高使用温度为900℃，在非活性还原气氛下可达2800℃。然而，在常温下，氮化硼的润滑性能较差，因此常与氟化石墨、石墨和二硫化钼混合作为高温润滑剂使用。将氮化硼粉末分散在油中或水中可用作拉丝或压制成形的润滑剂，也可用作高温炉滑动零件的润滑剂。氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承和滑动零件的材料。

氮化硼制品的热压烧结工艺

氮化硼制品的生产可以采用冷压烧结法和热压烧结法，下面介绍热压烧结法。

首先，将超细氮化硼粉末与少量添加剂混合，进行等静压预压，然后破碎成小于0.5mm的材料，装入石墨模具。接下来，在碳管加热热压炉中加热加压，最高温度为1600-1900℃，压力为20-25MPa，保温几分钟。冷却后，进行加工。

需要指出的是，B2O3的存在对产物的性能有很大影响。没有B2O3，产品难以获得。在B2O3存在下，产品易于密实，但对水的稳定性变差。因此，对于没有B2O3的纯氮化硼材料，应添加适量的粘结剂，如B2O3、磷酸硼或CaO-B2O3-AI2O3等，以促进烧结而不影响产品的稳定性；对于B2O3含量较高的氮化硼粉末，应添加适当的稳定剂；或对含有B2O3的氮化硼制品，采用真空高温处理或氩氮气氛高温处理，以挥发B2O3。

氮化硼产品的性能和用途

通过在N2或Ar气氛中热压制得的氮化硼，其最高操作温度可达2800℃，没有明显的熔点，在0.1MPa和N2条件下可在3000℃下升华。然而，在氧化气氛下的稳定性较差，使用温度仅限于900℃以下。氮化硼制品具有低膨胀系数、高导热系数、良好的抗热震稳定性和绝缘性等优点。氮化硼产品可用作高温热电偶保护管、金属熔炼器具、航天航行中的热屏蔽材料等。

氮化硼是一种性能优异并有很大发展潜力的新型陶瓷材料，包括多种异构体，分别是六方氮化硼（h-BN），纤锌矿氮化硼（w-BN），三方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼（c-BN）和斜方氮化硼（o-BN）。目前对氮化硼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，广泛应用于机械、冶金、化工、电子、核能和航空航天领域。

图1展示了氮化硼粉和氮化硼晶体的图像。

随着制造技术的迅猛发展，切削加工作为制造技术的基础工艺，进入了以发展高效切削、开发新切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新发展阶段。与此同时，制造技术和难加工材料的发展推动着刀具技术的发展，刀具技术也向着高态切削、高速切削、高精度和干式加工的方向发展。超硬刀具材料如PCBN（聚晶立方氮化硼）刀具、陶瓷刀具、涂层刀具等具有很高的硬度、耐磨性和化学稳定性，能满足高速切削、干式切削、硬态切削等绿色制造的要求。

立方氮化硼CBN（Cubic Boron Nitride）是20世纪50年代，首先由美国通用电气（GE）公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度达HV8000，仅次于金刚石（HV10000）而远远高于其他材料，它与金刚石统称为超硬材料。

图2展示了PCBN（聚晶立方氮化硼）刀具的图像。

随着刀片制造技术的发展，国产PCBN刀具已经取得了重要的进步，其刀片的物理性能发生了重要的变化，无论从价格上还是从品质上，PCBN刀具都发生了革命。新型PCBN刀具的应用必将会打破PCBN刀具不能在重载切削领域和断续切削状态应用的格局。PCBN刀具作为21世纪的主要换代刀具之一，在工业发达国家工具使用总量中所占比重越来越大。难加工材料越来越多，作为切削难加工材料的主要刀具材料，PCBN的前途一片光明。

参考文献:

[1] 杜淼. 氮化硼纳米片的制备及其性质研究[D]. 山东大学, 2013.

[2] 高瑞. 六方氮化硼材料的制备及性能研究[D]. 山东大学, 2010.

[3] 中国先进制造技术论坛。