Методы получения нитрида бора

Основными методами получения нитрида бора являются: синтез из простых веществ (В + N2), восстановление-азотирование кислородных соединений бора (В203, Н3ВО3, НВ02, Na2B407, Na6B409, NaB02, В (ОСН3)3) NH3 или N2 в присутствии углерода или синтез из газовой фазы (например, взаимодействие паров галоидных и органических соединений бора с NH3).

Метод синтеза из простых веществ осуществляется по реакции 2 В + N₂ -> 2BN, которая может быть реализована в печах сопротивления, самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) и в условиях плазмохимического процесса. Основным полупромышленным способом получения BN является метод СВС.

Наиболее распространенным промышленным методом синтеза в настоящее время остается восстановление — азотирование кислородных соединений бора. Метод позволяет использовать более дешевое сырье, аппаратурно прост и малоэнергоемок. В качестве соединений бора используют: В₂0з, Н3ВО3, бораты щелочных и щелочноземельных металлов, а в качестве восстановителей — углерод, азот, азотсодержащие органические соединения и аммиак. Наиболее простым процессом является азотирование смеси борного ангидрида с углеродом в потоке азота в соответствии с реакцией.

Выход BN по этой реакции составляет 26%. В качестве азотирующих агентов можно использовать карбамид, тиосемикарбазит, меламин, цианамид, роданид аммония, хлорид аммония. В последнем случае процесс может быть описан следующими реакциями:

Запатентованы также способы получения BN путем обработки водой продуктов реакции азотирования боратов в присутствии добавок алюминия и кремния. В этом случае силикаты и алюминаты переходят в раствор, a BN — в нерастворимый остаток.

Метод синтеза BN из газовой фазы В (ОСН₃)₃ + NH₃, ВС1_311ар + + NH₃, В₂0₃ nap + NH₃ основан на взаимодействии галоидных и органических соединений бора с аммиаком при высоких температурах. Этим способом можно получать как порошки BN, так и покрытия (в зависимости от условий осаждения). Продуктами взаимодействия хлорида бора и аммиака в условиях комнатной температуры являются NH₄C1 и B₄Hio*4NH₃. Последний при высокой температуре разлагается с образованием BN.

Нитрид бора можно получить также дегидрированием боразина:

Японские авторы Хирано, Його, Асада и Нака [Hirano, Yogo, Asada, Naka] считают, что рентгеноаморфный BN, полученный пиролизом B₃N₄H₆ при 900 — 1000 К под давлением 100 МПа (выход 60%), спекается при 1870 К с добавками A1N. При этом получаются плотноспеченные образцы состава BN — A1N кубической структуры.

Среди зарубежных фирм к основным изготовителям порошков гексагонального нитрида бора (BN_r) можно отнести фирмы «Union Carbide» (США), «Herman С. Starck», «Sintec Ceramic GmBH» (ФРГ), «Shavva Denko К. К.» (Япония). В табл. 1.8 приведены основные характеристики порошков гексагонального нитрида бора.

Таблица 1.8.

Характеристики порошков нитрида бора фирмы «Union Carbide»