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硼化物

鎖定
硼與金屬、某些非金屬(如碳)形成的二元化合物。可用通式MmBn表示,一般為間充型化合物,不遵循化合價規則。除了鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鉍(Bi)以外,其他金屬都能形成硼化物。它們都是硬度和熔點很高的晶體,化學性質穩定,熱的濃硝酸也不能將它溶解,可由元素直接化合,或用活潑金屬還原氧化物製取,用作耐火、研磨和超導材料。
中文名
硼化物
外文名
boride
通    式
MmBn
特    點
硬度和熔點很高
製備方法
直接化合法、金屬熱法等
用    途
金屬陶瓷、航空、高温材料等

硼化物簡介

硼(B)是輕元素,與過渡族金屬形成穩定的硼化物,其中熔點高的是與ⅣA族、ⅤA族和ⅥA族元素形成的化合物。硼化物的晶體結構是由硼原子的結構特點決定的。硼化物的化學穩定性是以ⅣA至ⅥA依次序逐漸下降,最穩定的硼化物有TiB2、ZrB2和HfB2等。
人們對硼化物膜層的研究遠不如氮化物和碳化物薄膜那麼深入、充分。硬度上,硼化物與碳化物相當,有些還略高一點。這是因為硼化物的共價鍵程度比碳化物更高的緣故。但是,硼化物相當脆,它的惰性很強,化學性能穩定,因此它在某些領域中得到應用。如作防護塗層和硬質合金的塗層刀具。大多數的硼化物薄膜是用CVD法制備,但也有用反應濺射和直接濺射法制取硼化物薄膜。 [1] 

硼化物硼化物的晶體結構

在硼化物晶格中硼原子間形成以單鍵、雙鍵、網絡和空間骨架形式的結構單元。隨着硼化物中硼相對含量的增加結構單元越加複雜。(如《硼原子在硼化物中的構形》所示)
硼原子在硼化物中的構形 硼原子在硼化物中的構形
一般來説,硼原子結構越複雜,越不易水解,而且抗氧化和抗氮化穩定性也越強。
在過渡金屬硼化物中,金屬原子和硼原子間的化學鍵是電子結合,這樣硼原子轉變為帶正電的離子或原子骨架,同時硼原子之間還存在着共價鍵。 [2] 

硼化物硼化物的製備方法

製造難熔金屬硼化物的主要方法是
金屬和硼在高温下直接化合其反應式為
Me+B—→MeB
②用碳還原金屬氧化物和硼酐的混合物為
2MeO+B2O3+5C—→2MeB+5CO
③鋁(硅、鎂)熱法,鋁或硅、鎂還原氧化物,使生成的金屬和硼進一步相互作用為
MeO+B2O3+AI(Si,Mg)—→MeB+Al(Si,Mg)氧化物
④用碳化硼和碳還原金屬氧化物為
4MeO+B4C+3C—→4MeB+4CO
⑤用硼還原難熔金屬氧化物為
xMeO+2xB—→xMeB+(BO)x [2] 

硼化物硼化物的類型

硼化物三溴化硼

產品簡介:無色或稍帶黃色的發煙液體,有強烈的刺激性臭味。臨界温度300℃,折射率1.5312。

硼化物二硼化鈦

產品簡介:二硼化鈦為灰白色六方形晶體或粉末,無味。其熔點2980℃,密度4.5~4.52,硬度(Hi)3600。它具有優良的抗氧化性及導電性能。平均粒徑D=4~8μm。

硼化物二硼化鉻

產品簡介:熔點1760℃,抗氧化性能好,高温強度大。

硼化物六硼化鈣

一、性質:
六硼化鈣的分子式CaB6,是黑灰色粉末,溶點為2235℃,相對密度(15℃)2.33g/cm3,硬度(莫氏)9,不溶於鹽酸、氫氟酸稀硫酸。不溶於水,能被氯、氟、硝酸及過氧化氫等氧化劑所侵蝕,與鹼反應很慢。在常温下,空氣中穩定不易燃。具有半導體性質和中子吸收性能、無毒性。
二、質量:
B≥55.5% Ca≥30% C≤8%
粒度:20#~60# 、20#~80# 、100# 、325#~400#或按客户要求生產
三、用途:
1、用作鎂碳磚中防氧化劑;
2、用作白雲石炭和鎂白雲石炭耐火材料的抗氧化、抗侵蝕和提高熱態強度的含硼添加劑;
3、用作高導銅提高強度的脱氧除氣劑和無氧銅、純銅鑄件的脱氧劑
4、用作核工業防中子的新型材料
5、用作居禮温度900K的自旋電子組件用的新型半導體材料;
6、用作製造三氯化硼(BCl3)和無定型硼的原料;
7、用作製造高純度金屬硼化物(TiB2、ZrB2、HfB2等)以及高純度硼合金(Ni-B、Co-B、Cu-B等)的原材料;
8、用作製造含觸媒劑鈣-硼氮化物(Ca3B2N4)和六方氮化物的混合物,用其生產性能優異的晶體立方氮化硼;
9、用作硼合金鑄鐵的脱硫除氧增硼劑;
10、用作硼鋼的脱硫除氧增硼劑;
11、特殊鋼材內的細晶劑。 [3] 

硼化物硼化物的性質與用途

硼化物具有高電導、高熔點、高硬度和高穩定性的特點:硼化物有比較高的熱傳導性和強度,所以熱穩定性比較好,硼化物在高温下的抗氧化性能以第ⅣB族金屬硼化物為最好。
硼化物溶於熔融的鹼中,稀土和鹼土金屬的硼化物不受濕空氣或稀鹽酸的侵蝕,但溶於硝酸。幾乎所有硼化物都具有金屬的外觀和性質,有高的電導和正的電阻温度係數。Ti,Zr,Hf的硼化物比其金屬的導電性好。
硼化物的抗蠕變性很好,這對於要求材料在高温下長期工作,且能保持強度、抵抗變形、抵抗腐蝕、耐熱衝擊的燃氣輪機、火箭等來説,硼化物具有十分重要的意義。以硼化物、碳化物、氮化物為基的各種合金或金屬陶瓷,可用於製造火箭結構元件、航空裝置元件、渦輪機部件、高温材料試驗機的試樣夾和儀器的部件、軸承和測量高温硬度用的錐頭以及核能裝置的某些構造件等。 [2] 
參考資料
  • 1.    戴達煌,代明江,侯惠君編著.功能薄膜及其沉積製備技術. 北京:冶金工業出版社,2013.01 :229
  • 2.    徐甲強,向強,王煥新編著.材料合成化學與合成實例. 哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2015.02 :223~224
  • 3.    焉國平,喻湘華主編.材料化學. 北京:化學工業出版社,2010.06 :68~70