1、5/5關(guān)于氮化硼合成方案的討論摘要：氮化硼是一種耐腐蝕材料，也是一種優(yōu)良的絕緣材料,強度高，耐腐蝕性好。在現(xiàn)代工業(yè)中,氮化硼已廣泛應(yīng)用在在耐火材料和電子工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。以下三個反應(yīng)均可以制備氮化硼：B(） +2N2 （g） =N(s）；BCl3（g） +H3() B（s）+3HCl(g)；B2O3（)+ 2N3（g)= 2BN(s）+32O()；本文將從反應(yīng)方向、原料價格以及環(huán)保等方面綜合考慮，對以上三種方式進(jìn)行比較分析。關(guān)鍵詞:氮化硼；制備方案；反應(yīng)方向;原料價格；環(huán)保一、氮化硼的分類、性質(zhì)及應(yīng)用1。N的分類、性質(zhì) 氮化硼，化學(xué)式為BN，有別稱“白石墨”，是一種性能優(yōu)異并有很大發(fā)展?jié)摿?/p>

2、的新型陶瓷材料，包括5種異構(gòu)體，分別是六方氮化硼（-N)， 纖鋅礦氮化硼（wBN),三方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼（c。N)和斜方氮化硼(o.） 1.常說的氮化硼一般指的是立方氮化硼或六方氮化硼.1六方氮化硼具有類似石墨的的層狀晶體結(jié)構(gòu),其物理化學(xué)性質(zhì)也與石墨類似,常態(tài)時是白色粉末狀，呈松散、潤滑、易吸潮、質(zhì)輕等性狀.另外，在導(dǎo)熱性、耐高溫性、化學(xué)穩(wěn)定性方面也類似石墨。當(dāng)然，它的性質(zhì)與石墨也不盡相同。例如，氮化硼是一種優(yōu)良的絕緣材料，而石墨有良好的導(dǎo)電性。1.立方氮化硼 立方氮化硼有優(yōu)異的物理化學(xué)性能,硬度僅次于金剛石，另外還具有很高的強度，在許多領(lǐng)域中有應(yīng)用前景。3 此外，立方氮化硼是目

3、前使用溫度最高的半導(dǎo)體材料，具有高導(dǎo)熱性和良好的半導(dǎo)體特性。但是現(xiàn)有的制備方法又都存在著難于克服的固有缺點,以至于不易使其得到廣泛利用。3 N的應(yīng)用一作為半導(dǎo)體的固相摻雜材料、抗氧化或抗水的潤滑脂。二高溫潤滑劑和模型的脫模劑，氮化硼粉末還可以作為玻璃微珠的防粘劑，玻璃和金屬成型的脫模劑。三超硬材料，可制成高速切割工具和地質(zhì)勘探、石油鉆探的鉆頭.四原子反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料，航天航空中的熱屏蔽材料。五無毒無害又具有潤滑性,可用作化妝品的填料。六做各種電容器薄膜鍍鋁、顯像管鍍鋁、顯示器鍍鋁等的蒸發(fā)舟。七晶體管的熱封干燥劑和塑料樹脂等聚合物的添加劑。八激光防偽鍍鋁、商標(biāo)燙金材料，各種煙標(biāo)，啤酒標(biāo)、包裝盒,

4、香煙包裝盒鍍鋁等等45。 圖表 EQ 圖表 * ARIC 1 BN的應(yīng)用1 BN三種合成方案為了更好地發(fā)展材料事業(yè)，服務(wù)國家建設(shè),需要找到合適的合成方法，才能讓這種優(yōu)良的材料發(fā)揮作用，書中介紹給我們了三種不同的方法,分別是：用單質(zhì)硼B(yǎng)和氮氣N2反應(yīng)：（s)22(g）=BN(s)用氯化硼B(yǎng)Cl3和氨氣NH3反應(yīng)：C3（）+H3(g）=B(s）+3Cl(g）用三氧化二硼B(yǎng)2O3和氨氣3反應(yīng):2O3（s）+N3(g)=BN（)+32O(g)現(xiàn)在，我從如下幾個方面來討論一下三種方法的利弊，以及工業(yè)中最合適的方法6。反應(yīng)方向首先,先從理論上化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向及反應(yīng)條件討論。對于反應(yīng)B(s）1/2N2(）

5、=B（)rm-254.39jmo-1Sm86。jmol11r=0時T=30.762657.圖表 EQ 圖表 ARBIC 經(jīng)計算，此反應(yīng)在2600以下都可自發(fā)進(jìn)行。表面上看,反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)行，但此反應(yīng)并不易于操作，實驗結(jié)果表明，將硼粉置于氮氣中反應(yīng)1小時，恒溫為0時生成B并不多.事實上,硼與氮反應(yīng)較快的溫度區(qū)間在1050,而要反應(yīng)較為完全，得高品質(zhì)的氮化硼，需要1550以上。那么對于反應(yīng)Bl3（g)NH（)=BN（）+3HCl(g）Hm423 kolrSm17。91mo1k1r恒小于0圖表 SE 圖表 * ABC 3即該反應(yīng)在任何溫度下自發(fā)。但是事實上，反應(yīng)要在0K726以上(一般在90100）

6、進(jìn)行。由于氯化硼是氣態(tài),反應(yīng)是氣相進(jìn)行,為了提高反應(yīng)產(chǎn)率,要使氨氣過量。若將該反應(yīng)的溫度提高至1601900,可以得到高純度的氮化硼。這個方法可以用來生產(chǎn)氮化硼,但是氯化硼不便存運，而且氣相反應(yīng)不如反應(yīng)易操作。最后討論反應(yīng)2O3（s）+2NH()=2N（)+3HO（)rH1999jo1rSm39。2jmk1r=0時T=626。25K353。1圖表 SEQ 圖表 *RABC 4此反應(yīng)被稱為硼酐法,在大于3時可自發(fā)進(jìn)行，這個反應(yīng)所需最低溫度并不很高,但是同上面兩個反應(yīng)，要達(dá)到一定的速率和純度，需要在0010下進(jìn)行，由于B23熔點較低，會變成高粘度流體，阻礙氨氣與其表面反應(yīng),故實際中要加入高熔點物質(zhì)

7、如Ca3（P4）作填料。得到的產(chǎn)物可以在氨氣氛圍與100以及更高溫度下繼續(xù)純化，能夠得到純度以上的氮化硼。此方法相比，更易于操作,技術(shù)要求也更低. 通過上述分析，如果單從化學(xué)反應(yīng)的角度,反應(yīng)最容易進(jìn)行，但是產(chǎn)物純度不高.反應(yīng)的操作比較復(fù)雜,但是純度要比反應(yīng)的要高。. 原料價格接下來要討論的是原材料的價格，在經(jīng)濟方面對這三種方法進(jìn)行比較討論。名稱化學(xué)式價格（元）/K備注因為應(yīng)用領(lǐng)域不同,試劑純度不同，所以部分價格差距較大,比如純度99。99的試劑都非常昂貴，純度90%的非常便宜硼B(yǎng)數(shù)百000粉末型或塊狀氯化硼B(yǎng)Cl31001000高壓瓶裝液態(tài)氨氣H30元以內(nèi)高壓瓶裝液態(tài)三氧化二硼2O3204玻璃

8、狀晶體或粉末純氮氣21元以內(nèi)高壓瓶裝液態(tài)圖表 SEQ 圖表 * ABC雖然數(shù)據(jù)波動較大,但是從上表也能看出,高純度的單質(zhì)硼價格十分昂貴,氯化硼相對便宜，而三氧化二硼十分廉價這與它們的制法有關(guān),三氧化二硼是由礦物轉(zhuǎn)化得來,而硼需要由三氧化二硼或者氯化硼制得，所以反應(yīng)的成本也十分低廉，而反應(yīng)成本就很高,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。除了原材料的價格，運輸和儲藏的成本也應(yīng)當(dāng)考慮,硼和三氧化二硼相對易于儲運，而氯化硼在這方面的成本就要高不少.所以綜合來看,還是反應(yīng)最為合適,可以獲得最大的效益.。4 環(huán)保問題 最后一點，也是非常重要的一點,就是環(huán)保問題.環(huán)保問題是社會和工廠十分關(guān)注的問題，因此選擇低能耗,污染少的方

9、法，不僅有社會效益，有利于可持續(xù)發(fā)展，更是會帶來很大的經(jīng)濟效益。 在氮化硼的合成中，反應(yīng)雖然反應(yīng)物利用率高,但是其能耗非常高，維持高溫所消耗的能源，可能會比處理工業(yè)三廢更需要資金，而提供能源所需用煤、天然氣等，也會導(dǎo)致溫室效應(yīng)。反應(yīng)能耗相對較低,但都伴隨有副產(chǎn)物，尤其是反應(yīng)，反應(yīng)物氯化硼既是有毒氣體，而副產(chǎn)物氯化氫也是有毒氣體,如果處理不當(dāng)，所產(chǎn)生的污染是比較嚴(yán)重的,不過在實際生產(chǎn)中，會由于氨氣過量，產(chǎn)物是氯化銨。反應(yīng)的副產(chǎn)物是水，看似是完全沒有污染，不過實際操作還是要用酸沖洗,但是也可以用氨氣與其化合成氯化銨以減少污染，此反應(yīng)的環(huán)保問題在三者中也是最小的.若考慮對環(huán)境的污染最小,選擇第三個方法還是比較合適的。結(jié)論綜合上文討論的結(jié)果，反應(yīng)的技術(shù)難度大,原料昂貴，在工業(yè)生產(chǎn)中不適合采用。反應(yīng)額優(yōu)勢就在于產(chǎn)物的純度比較高,但是技術(shù)難度較大，成本也要高于。所以對于高純度有要求的生產(chǎn),選擇這個方法比較合適。反應(yīng)的成本低，技術(shù)要求低,反應(yīng)易發(fā)生,而且對環(huán)境的污染程度也相對較小，適合工廠大量生產(chǎn),能獲取較大的利益. 所以,在不同情況下，對于各種合成制備方法的選擇，將會至關(guān)重要,并對我們實現(xiàn)目的產(chǎn)生影響,進(jìn)一步了解氮化硼的合成方案，讓化學(xué)材料能夠更好地造福于人類。參考文獻(xiàn)葛雷,楊建，丘泰 六方氮化硼的制備方法研究進(jìn)展，電子元件與材料,008,2（6）：2223郭勝光,呂波，王積森，寧洪濤，徐