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氮化物
鎖定
氮化物介紹
氮與電負性比它小的元素所形成的二元化合物。疊氮化物 及氮與氫、鹵素和氧族元素的化合物不屬於氮化物。一般指固體氮化物,並主要指 金屬氮化物。例如氮化鋰Li3N、氮化鎂 Mg3N2、氮化鋁AlN、氮化鈦TiN、氮化鉭TaN等。多數難熔,熱穩定性很高。有些是金屬加熱後直接與氮化合而成,有些是由金屬、金屬氧化物或金屬氯化物在氨氣流中加熱而得。硼、磷、硅等非金屬亦有氮化物(BN、P3N5、Si3N4)存在,對熱都 十分穩定,其中BN特別穩定。
氮化物分類
氮化物是氮與電負性小的元素形成的二元化合物,不包括氮與氫、氮與鹵素的化合物及疊氮化物。按結構不同,氮化物可分為:
① 離子型氮化物 主要是氮與IA,ⅡA族活潑金屬形成的氮化物,如氮化鋰Li3N,氮化鈣Ca3N2等。這類氮化物熱穩定性低,加熱至400℃時分解為氮和相應元素; 它們極易水解,與水蒸氣作用放出氨並生成金屬氫氧化物,如:Li3N+3H2O══3LiOH+NH3
②金屬型氮化物 氮與過渡金屬形成的氮化物,如氮化錳Mn5N2,氮化鎢W2N3,氮化鋯ZrN等。這類氮化物具有高硬度、高熔點、高熱穩定性的特點。它們大多是氮原子填充在金屬結構的間隙中,屬於“間隙化合物”,具有金屬的性質,不與水反應,有導電性。
③ 共價型氮化物 與磷、硅、硼等非金屬元素所形成的氫化物,如氮化磷P3N5,氮化硅Si3N4,氮化硼BN等。這類氮化物非常穩定。
氮化物常見氮化物及特性
氮化硅1857年由印度人咼賀烈爾 (F.Wohler)最早合成。屬六方晶系,有α型(低温)及β型(高温)的變態。當温度升高到1600℃時,由α型轉變成β型,轉變回來是困難的。α與β型的物理性質見表。其熱導率較高,熱膨脹係數小,抗熱震性好,高温強度及耐磨性好。但在高温氧化氣氛中,1200~1400℃開始氧化,1400℃以上則劇烈氧化。
氮化硅的合成方法有將硅粉磨細在N2氣中加熱到1200~1450℃形成3Si+4N2=2Si3N4+737J的放熱反應。其反應速度較慢,如加入少量的Fe、Co、Ni、Cr、Cu等可加速反應。但對α、β的生成比例或性質有影響。如在N2氣中加NH3或H2等最後能加速反應,而在1350℃以下反應多生成α型。或者硅石加炭在N2氣中加熱的方法,是在1550℃以上生成SiC,因此須加入百分之幾的Fe2O3,使之在較低的温度下完成Si3N4的反應,然後用鹽酸將Fe的化合物除去。
氧氮化鋁硅(Sialon)Si-Al-O-N系固溶體。屬β-Si3N4型結晶結構,具有抗氧化性強、耐侵蝕、強度高等優點。
氧氮化硅(Si2N2O)是用高純硅粉和SiO2粉按分子比3∶1混合、磨細、通入80%N2和20%H2的混合氣體加熱到1450℃時而製得。
氮化鋁1862年由德國人古茨爾(Geuther)合成的。它是六方晶系、有鉛鋅礦(六角)型結晶、呈白色、單晶為無色透明,密度為3.26g/cm3,昇華温度2450℃。製品耐壓強度高,熱導率低,線膨脹係數稍大些。
氮化硼和石墨的結晶相似,呈六角板狀,有脂肪感,呈白色,故人們稱為白色石墨。密度為2.2g/cm3,化學性質呈中性,在還原氣氛下穩定到2000℃以上。是有希望的高温結構材料。
氮化物應用
由ⅢA、ⅣA族元素和氮直接化合生成的 氮化物具有共價結構,稱為共價型氮化物。BN 是一種鱗片狀六方結構,它的晶體結構和理化 性質與石墨相似,因而稱為“白石墨”或“白炭 黑”,密度2.25克/立方厘米。它的耐熱性、耐蝕性 和潤滑性都好,不導電。在電子、冶金、化工及 尖端技術上有較大應用。這種晶型的BN在5 ~9千兆帕(5~9萬大氣壓)和1200~ 1500℃温度下,用鹼金屬、鹼土金屬為催化劑, 可轉變為另一種立方晶系的金剛硼,這種轉變與石墨轉變為金剛石相似。