VẬT LIỆU VÔ CƠ TỔNG QUAN VỀ BORONITRIDE VÀ BORON CARBIDE

BORON NITRIDE Wurtzite boron nitride: vật liệu được tạo ra trong các vụ phun trào núi lửa và về lí thuyết cứng hơn kim cương 18%. Tuy nhiên, trong thực tế, con người chưa từng thu được số lượng vật liệu này đủ lớn để phục vụ việc kiểm nghiệm giả thiết này. Boron carbide (Bo cacbua) : Với độ cứng Mohs khoảng 9,497, nó là một trong những vật liệu cứng nhất được biết đến, sau khối boron nitride và kim cương Bo cacbua (công thức hóa học khoảng B4C) là một vật liệu cực kỳ cứng Bo Carbon ceramic sử dụng trong bể áo giáp, áo chống đạn, và nhiều ứng dụng công nghiệp. Công thức phân tử B4C Khối lượng phân tử: 55,255gmol Màu xám hoặc màu đen, không mùi. Mật độ: 2,52 gcm3 Nhiệt độ nóng chảy: 2763oC Điểm sôi: 3500oC Không tan trong nước. Cấu trúc tinh thể: Thoi

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SCHOOL OF CHEMICAL ENGINEERING

Inorganic Polymers

GVHD : Trịnh Xuân Anh

SVTH : Trần Lê Anh

Đoàn Ngọc Nam

Đỗ Quý Nhân

1

Maint contents

1 BORON NITRIDE

2 BORON CARBIDE

2

Boron nitride

 Wurtzite boron nitride: vật liệu được tạo ra trong các vụ phun trào núi lửa và về lí thuyết cứng hơn kim cương 18% Tuy nhiên, trong thực tế, con người chưa từng thu được số lượng vật liệu này đủ lớn

để phục vụ việc kiểm nghiệm giả thiết này

 Boron carbide (Bo cacbua) : Với độ cứng Mohs khoảng 9,497, nó

là một trong những vật liệu cứng nhất được biết đến, sau khối boron nitride và kim cương

3

Boron nitride 4

 Công thức phân tử : BN

 Khối lượng phân tử: 24,82g/mol

 Tinh thể không màu

 Mật độ: 2,1(h-BN); 3,45(c-BN) g/cm3

 Nhiệt độ nóng chảy: 2973oC thăng hoa (c-BN)

 Không tan trong nước.

 Cấu trúc tinh thể: Lục giác, sphaleritm wurtzite

Boron nitride 5

α–BN, hình lục giác β–BN, cấu trúc sphalerit  BN, cấu trúc wurtzite 

Boron nitride 6

Boron nitride 7

Dẫn nhiệt cao

Giãn nở nhiệt thấp

Chống sốc nhiệt tốt

Điện trở cao

Điện môi liên tục và mất tiếp tuyến thấp.

Không độc hại

Dễ dàng gia công - không mài mòn.

Trơ về măt hóa học.

Boron nitride

Khối Boron Nitride

Liên kết boron và nitơ nguyên tử xen kẽ nhau tạo thành một mạng lưới liên kết tứ diện

Các góc liên kết NBN là 109o

Trạng thái lai hóa của các nguyên tử N trong mạng lai hóa là sp3

8

Boron nitride

Dẫn nhiệt cao, chịu mài mòn và trơ hóa học

Nhiệt độ nóng chảy cao (2973oC)

Ổn định trong không khí, nhưng bị thủy phân trong nước

BN + 3H2O ==> H3BO3 + NH3

9

Boron nitride 10

 Màu trắng trơn, vững chắc với cấu trúc phân lớp, tương tự như than chì

 Giống như các lớp của than chì hoặc graphene, nó có cấu trúc mạng lưới liên kết cộng hóa trị phẳng

 Vì màu sắc của nó, đôi khi nó, gây nhầm lẫn, được gọi là "chì trắng"

Boron nitride

 Cách điện rất tốt và rất trơ hóa chất.

 Nó tan chảy dưới áp lực ~ 3000oC.

 Các góc liên kết NBN là 120o.

 Tuy nhiên, các lớp chịu các lực với nhau bằng các lực yếu (Van der Waal, lực lượng lưỡng cực gây ra) và khoàng cách các lớp 0,334 nm.

11

Boron nitride

Tổng hợp

Boron nitride không tồn tại trong tự nhiên và do đó được tổng hợp sản xuất Boron nitride lục giác thu được bằng các phản ứng:

B2O3 + 2NH3 → 2BN + 3H2O (T = 900°C)

B(OH)3 + NH3 → BN + 3H2O (T = 900°C)

B2O3 + CO (NH 2) 2→ 2BN + CO2 + 2H2O (T> 1000°C)

B2O3 + 3Cab6 + 10N2→ 20BN + 3CaO (T> 1500°C)

12

Boron nitride

Ứng dụng

 Linh kiện điện tử - tản nhiệt, các chất nền, cuộn dây, nguyên mẫu

 Tấm trong chế biến bán dẫn silicon

 Nồi nấu kim loại nóng chảy chân không

 Phún xạ mục tiêu.

 Ống lò vi sóng

 Con dấu ma sát thấp

 Cách điện hồ quang plasma

13

Boron nitride

Ứng dụng

14

Ống cho lò nhiệt độ cao Cách điện cho máy giặt

 Bo cacbua (công thức hóa học khoảng B4C) là một vật liệu cực kỳ cứng Bo - Carbon ceramic sử dụng trong bể áo giáp, áo chống đạn, và nhiều ứng dụng công nghiệp.

 Công thức phân tử B4C

 Khối lượng phân tử: 55,255g/mol

 Màu xám hoặc màu đen, không mùi.

 Mật độ: 2,52 g/cm3

 Nhiệt độ nóng chảy: 2763oC

 Điểm sôi: 3500oC

 Không tan trong nước.

 Cấu trúc tinh thể: Thoi 15

BORON CArBIDE

BORON CArBIDE 16

 Tính chất :

Bo cacbua được biết đến như một loại vật liệu bền có độ cứng cao, tính chất che chắn tốt chống lại neutron, sự ổn định bức xạ ion hóa và trơ với hầu hết các hóa chất, độ cứng Vickers (38 MPa), đàn hồi Modulus (460 MPa) và độ bền phá hủy (3,5 MPa · m ½ ) tiếp cận các giá trị của kim cương (115 GPa và 5,3 MPa · m ½)

Độ cứng.

      Khó tạo mật độ tương đối cao mà không sử dụng phương pháp thiêu kết          Trơ với hầu hết hóa chất.  

      Mật độ thấp 17

BORON CArBIDE

 Tổng hợp

Bo cacbua lần đầu tiên được tổng hợp bởi Henri Moissan vào năm 1899, bằng cách cho bo trioxide phản ứng với carbon trong một điện lò hồ quang Khi sử dụng cacbon, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ

trên nhiệt độ nóng chảy của B4C và được đi kèm với giải phóng lượng lớn khí carbon monoxide :

2B2O3 + 7C → B4C + 6 CO

18

BORON CArBIDE

 Ứng dụng

- Mài mòn: Do có độ cứng cao, bột Bo cacbua được sử dụng mài mòn đánh bóng trong.

- Vòi phun: nhờ khả năng chống mài mòn tốt.

- Ứng dụng hạt nhân: Do khả năng hấp thụ neutron Được làm vật liệu hấp thụ bức xạ neutron phát ra trong các nhà máy hạt nhân.

- Làm áo giáp, vỏ xe tăng

19

BORON CArBIDE

20