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​六方氮化硼陶瓷的制备与运用

时间:2019-06-04来源:申博太阳城浏览次数:

导读:六方氮化硼诞生在19世纪40年代的贝尔曼实验室中,它的构造和机能与石墨极其类似,由于色彩皎洁皎洁,有“白石墨”之称。六方氮化硼陶瓷作为一种新型复合陶瓷基资料,除具有低密度、高熔点、低硬度、抗热震性和机器加工机能好等长处,还具有耐高温、热胀系数小、热导率高、介电常数低、牢靠的电绝缘性等许多优秀的机能,是一种有着伟大生长潜力的高温构造陶瓷资料。

六方氮化硼的构造与机能


1.1六方氮化硼的构造


氮化硼(BN)是一种机能优秀,极具生长潜力和运用远景的新型宽带隙纳米资料。它是一种典范的Ⅲ-Ⅴ族化合物,由氮原子和硼原子构成。氮原子和硼原子接纳分歧的杂化体式格局互相连系,能够构成分歧物相构造的氮化硼:六方氮化硼(h-BN)、菱方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼(c-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN)、正交氮化硼(o-BN)。个中,六方氮化硼它是独一存在于自然界的氮化硼相。


六方氮化硼的构造



六方氮化硼属于六方晶系,具有和石墨烯雷同的六方晶体构造,它的晶格常数a=0.2504nm,c=0.6661nm,是由多层构造堆叠起来的,层间B-N-B是靠范德华作用力衔接,易于剥离,且质量较轻,不导电,具有很宽的带隙(5.1eV),高的硬度(莫氏硬度2),高熔点(>3000K),高的抗氧温度900℃,耐高温2000℃,热膨胀/压缩率低等长处,并且沿C轴偏向有很好的散热机能,有着很普遍的运用,并且单层或许多层六方氮化硼能够卷曲成六方氮化硼管纳米资料[1]。


1.2六方氮化硼的机能


六方氮化硼的构造特征使其具有许多优秀的特征,如高导热性、高耐热性、光滑性、摩擦系数低、热膨胀系数低、介电性子优秀等物理性子以及抗氧化性强、抗腐蚀性强、化学性子稳固等化学性子。


六方氮化硼(h-BN)的基本性子



h-BN陶瓷的详细基本机能以下[2]:


(1)高耐热性


h-BN陶瓷在0.1MPa氮气中于3000℃升华,在1800℃时的强度为室温的2倍,具有优秀的抗热震机能,在1500℃空冷至室温数十次不会碎裂。


(2)高导热系数


热压h-BN陶瓷成品导热率约为33W/m•k,具有与不绣钢类似的导热系数,是陶瓷资料中导热率最大的资料之一。


(3)低热膨胀系数


h-BN陶瓷的线膨胀系数为(2.0~6.5)x10-6/℃,仅次于石英玻璃,是陶瓷中最小的,加上其具有高的导热率,以是h-BN陶瓷的抗热震机能很好。


(4)优秀的电绝缘机能


h-BN陶瓷的高温绝缘性好,其电阻率25℃为1014Ω•cm,2000℃还可到达103Ω•cm,高纯度h-BN陶瓷最大体积电阻率可达1016~1018Ω•cm,纵然在1000℃高温下,仍有104~106Ω•cm,是陶瓷中最好的高温绝缘资料。


(5)优越的耐腐蚀性


h-BN陶瓷化学稳固性好,且不被大多数的熔融金属、玻璃和盐润湿,因此具有很高的抗酸、碱、熔融金属及玻璃的腐蚀才能,有优越的化学惰性。


(6)低的摩擦系数


h-BN陶瓷具有极好的光滑机能,摩擦系数μ为0.16,高温下不增大,比二硫化钼、石墨耐温高,氧化氛围可用到900℃,真空下可用到2000℃。


(7)可机器加工性


h-BN陶瓷极易运用通例金属切削手艺对成品精加工,车削精度可达0.05mm,因此由h-BN坯料能够加工取得庞杂外形的成品。


六方氮化硼陶瓷的制备


2.1六方氮化硼粉体的制备


六方氮化硼主如果经由历程含硼和含氮的化合物举行剖析和剖析来制备,含硼的化合物主要包罗硼的卤化物、氧化物及硼酸等,含氮化合物主要包罗氨气、氨盐、尿素以及其他有机氨类[3]。


初期氮化硼的制备要领一样平常为直接剖析法,回响反映为2B+N2—2BN,由于质料单质硼的价格昂贵,制作本钱奋发,限定了其生长运用。20世纪50年代后,氮化硼粉体剖析的研讨生长迅速。主要的剖析要领有:


硼酐氮化法:B2O3+NH3—2BN+3H2O


硼砂-氯化铵法:Na2B4O7+2NH4Cl+2NH3—4BN+2NaCl+7H2O


硼砂-尿素法:Na2B4O7+2(NH2)2CO—4BN+Na2O+4H2O+2CO2


跟着对氮化硼的研讨不断深入,一些纳米构造的氮化硼的性子逐步被发明。一方面纳米粉体比表面能高,烧结活性高,能够有用地增进h-BN陶瓷的致密化;另一方面,以纳米粉体作为质料,能够下降烧结温度,减小陶瓷烧结体晶粒尺寸,进步陶瓷的韧性,加强h-BN陶瓷的力学机能,为h-BN陶瓷产业化大规模运用奠基基本[4]。


现在纳米氮化硼粉体的制备要领有许多,依据其道理大抵能够分为两大类:个中一类是剖析法,主要有高温剖析法、溶剂热剖析法、模板法和化学气相堆积法(CVD)等;而另一类是剥离法,包罗液相超声剥离法、激光蚀刻剥离法、机器球磨法等[5]。


六方氮化硼粉体制备要领



近几年来,跟着对六方氮化硼资料研讨的不断深入,种种新的制备要领接踵涌现。个中前驱体陶瓷手艺以其奇特的上风和特征在BN陶瓷及其复合资料的制备中占有极其主要的地位。


前驱体陶瓷手艺是以有机或无机化合物为前驱体,经由历程交联裂解或气相热解等无机化历程转变为陶瓷的一种陶瓷资料制备手艺[6]。


前驱体法制备六方氮化硼颗粒的工艺流程图



与传统的陶瓷制备工艺比拟,前驱体转化法具有诸多的上风,包罗[7]:


讨论干式变压器相干的几个问题

摘要:本文首先简要阐述了干式变压器的结构和特点,然后简要分析和探讨了根据负载性质和使用环境来选择干式变压器的类型,最后提出了未来我国干式变压器的发展方向。希望通过本文的简要分析与探讨,理解干式变压器的基本原理和特性,对干式变压器正常运行中出现的问题进行及时的解决,进而有力地促进干式变压器在实际过程的运用,最终有助于我国干式变压器的发展。 1、干式变压器的组成结构 干式变压器主要是由铁芯和绕组两部分组成。铁芯是由铁芯柱和铁轭组成,铁芯一般是用两面都涂有绝缘漆的硅钢片叠成,铁轭通常是由含硅量较高且表面涂有绝缘漆的硅钢片叠加而成。这种结构不仅可以减少铁芯内部的磁滞,而且降低铁芯的涡流损耗。 绕组是干式变压器主要的电路通道,大多采用纸包的绝缘扁线或圆线交叠绕制而成。目前大多数干式变压器的绕组逐渐使用箔式结构。因为这种结构不仅可以提高干式变压器的冷却性能和机械的强度,而且还可以大大提高干式变压器的耐压力。 除了绕组及铁芯,干式变压器还有绝缘结构。干式变压器的绝缘结构由内部绝缘和外部绝缘组成。对干式变压器的结构了解有助于加深对干式变压器的特点等方面的了解。 2、干式变压器的特点 干式变压器是一种将空气作为

(1)前驱体份子的可设想性,可经由历程份子设想对前驱体的构成、构造举行设想和优化,进而完成对终究陶瓷资料的构成、构造与机能的设想与掌握;


(2)制备温度低,在较低温度(1000~1400℃)下可完成裂解陶瓷化,从而避免了高温烧结对加强体的毁伤;


(3)不需要增加烧结助剂,能够制备高纯的陶瓷资料;


(4)优越的工艺性。


将来这一手艺将重点向高机能发动机、高效热防护体系以及耐高温透波天线罩等航空航天范畴生长。


2.2六方氮化硼陶瓷的烧结


六方氮化硼(h-BN)由于其特别的片层构造及自扩散系数低等特征,是一种难以致密化的陶瓷资料。现在,h-BN陶瓷经常使用的制备要领主要有没有压烧结(PLS)、热压烧结(HP)和放电等离子烧结(SPS)等[8]。


无压烧结


是指在常压,在肯定氛围中,直接对样品举行加热从而烧结的一种要领。无压烧结工艺简朴、本钱低、效率高,能够批量制备大尺寸和外形庞杂的成品,但瑕玷就是所制备成品的致密度低、力学机能差,只能知足非承载性的运用。


热压烧结


是指将枯燥的粉体填入特制的石墨模具内,接纳双向或单向的加压体式格局对模具举行单轴加压,同时在肯定温度范围内加热,使成型和烧结同时举行的一种烧结要领[9]。


热压烧结通常被认为是制备h-BN陶瓷对照抱负的一种烧结要领,由于外加的驱动力能够损坏片状h-BN的卡片支持构造,增进h-BN晶粒的重排,从而取得高致密度和力学机能优秀的h-BN陶瓷烧结成品。


放电等离子烧结


它是将粉体预装在特制的石墨模具中,在施加单向等轴压力的同时,将脉冲电流施加于烧结粉末发作等离子体,使粉末疾速烧结的一种新兴的高效烧结手艺。


SPS要领烧结道理上类似于热压烧结,但其加热体式格局又区分于热压烧结,并且其升降温速度较快,能够在较短时间内完成陶瓷的烧结,因此能够有用抑止晶粒的长大。然则,装备庞杂、本钱高烧结的高能耗在肯定水平限定了它的运用。


热等静压烧结


热等静压烧结是借助于高温文各向平衡的高压气体加压的配合作用,使资料(粉末、素坯或烧结体)在加热历程当中烧结致密的历程。这类工艺可在较低烧结温度下制备出微观构造匀称、晶粒较细且致密较高的资料,可制备出外形庞杂的产物。其瑕玷是坯体难以举行封装,装备的本钱较高、操纵庞杂,这些都阻碍着该工艺地推行。


回响反映烧结法


又称活化烧结,是应用质料在肯定的温度下经由历程固相、气相和液相之间发作的种种化学回响反映,在特定组分天生的同时,举行烧结致密化历程的一种烧结手艺。在回响反映烧结的历程当中,全部体系处于高能级向低能级转化的状况,故烧结活化能相对较低,能够下降烧结温度,抑止晶粒长大。另外,其回响反映速度快,传热和传质贯串于全部烧结历程,有利于成品致密度的提拔[10]。


六方氮化硼陶瓷的运用


h-BN陶瓷能够说是一种跟着航空和电子产业的生长而生长起来的新兴产业资料,在冶金、化工、电子及新能源等范畴具有辽阔的运用远景。


应用氮化硼成品较好的耐高温性和电绝缘性,可作为高温下的电绝缘资料,具有优秀的抗热打击性。应用其高导热性及对微波辐射的穿透机能,在电子产业中可用作雷达的通报窗。应用h-BN成品熔点较高、热膨胀系数小以及险些对一切熔融金属都稳固的机能,可用作高温金属冶炼坩埚、耐热资料、散热片和导热资料等。应用h-BN陶瓷优秀的热稳固机能,可在1500°C至室温重复急冷急热条件下运用[11]。



应用h-BN陶瓷对酸、碱和玻璃熔渣有优越的耐腐蚀性,以及对大多数熔融金属既不润湿也不回响反映的机能,可用作熔炼有色金属、贵金属和稀有金属的坩埚、器皿、管道、输送泵等部件。应用h-BN陶瓷既是热的良导体,又是电的绝缘体,可作为超高温的绝缘资料。应用h-BN陶瓷对微波和红外线是通明的,可用作透红外和微波的窗口,如雷达窗口等[12]。


应用h-BN陶瓷具有较强的中子吸收才能,可在原子能产业中与种种塑料、石墨夹杂运用,作为原子堆的屏障资料。应用h-BN陶瓷具有较高的热稳固性、化学稳固性和电绝缘性,同时还具有热导率高、介电性好、成品易加工等特征,可与TiB2复合制备导电陶瓷蒸发舟。


另外,应用h-BN在超高压下机能稳固,可作为压力通报资料和容器。应用h-BN是最轻的陶瓷资料,可用于飞机和宇宙飞行器的高温构造资料。应用h-BN的发光性,能够作为场致发光资料。


整体而言,分歧级别的六方氮化硼颗粒(纳米级、几微米级、几十微米级颗粒)有着分歧的运用。个中纳米级颗粒粒度小、光滑性好,将运用于光滑油增加剂、化妆品等行业;几微米级颗粒耐热性好、热膨胀系数低、电绝缘性好,将运用于耐高温涂料、剖析立方氮化硼、制备特种陶瓷等行业;几十微米级颗粒导热性好并具有稳固的化学机能,将运用在导热资料、航空航天资料、电工资料等范畴。


结语


从六方氮化硼初次剖析至今,学者们对其制备要领、构造特征和机能做了诸多探究,并取得了一系列的主要希望。近年来,随复相陶瓷手艺的生长,陶瓷资料向多功用偏向生长成为现今陶瓷资料的一个研讨偏向。在此历程当中,六方氮化硼基复相陶瓷也取得响应的生长。而进步h-BN陶瓷的致密度,制备纯度高、机能优秀的h-BN陶瓷,一直是国内外研宄的重点。将来,开辟一种质料价廉、低能耗、无污染、工艺历程简朴的剖析要领是以后的主要生长偏向。


参考文献:


[1]万红兵.六方氮化硼-石墨烯复合资料的制备及导热机能研讨[D].重庆:重庆师范大学,2016.


[2]翟凤瑞.六方氮化硼陶瓷的放电等离子烧结及机能研讨[D].北京:北京科技大学,2017.


[3]景捷.六方氮化硼陶瓷的制备与机能研讨[D].山东:山东大学,2018.


[4]李晨.六方氮化硼纳米片的制备、功用化及其在导热聚含物中的运用[D].山东:山东大学,2016.


[5]王晓冰.六方氮化硼、硼碳氮资料的制备与表征[D].北京:北京化工大学,2016.


[6]何冬青,梁嘉鸣,梁兵.六方氮化硼颗粒制备要领研讨希望[J].资料导报,2015(05).


[7]丁杨,曹峰,陈莉.前驱体法制备氮化硼陶瓷资料的研讨希望[J].资料导报,2013(05).


[8]王征.氮化硼陶瓷晶粒尺寸和晶型对力学及抗溅射机能的影响[D].哈尔滨:哈尔滨产业大学,2015.


[9]翟凤瑞,单科等.六方氮化硼陶瓷的烧结及其构造与机能[J].硅酸盐学报,2018(06).


[10]高晓菊,王红洁,张大海.回响反映烧结制备六方氮化硼陶瓷[J].宇航资料工艺,2009(01).


[11]李红波.六方氮化硼基复合陶瓷熄灭剖析机理与工艺研讨[D].哈尔滨:哈尔滨产业大学,2010.


[12]薛雅芳.六方氮化硼和石墨的剥离改性及机能[D].上海:东华大学,2013.


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