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热压氮化硼材料的特性
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热压氮化硼材料的特性

  采用热压烧结制备的六方氮化硼及其复合材料以其优异的耐高温性能、抗金属熔体和熔渣侵蚀性、高导热性和高电绝缘性,以及易加工性能且加工精度高(可达0.01mm)、密度小、润滑、无毒,是一种理想的高温导热绝缘材料。

  其主要性能:

  1.高耐热性:在氧化气氛中至900℃才开始氧化,真空下可安全使用到2000℃,在惰性气体中2800℃不软化;其强度1800℃为室温的2倍,

  2.高导热系数:热压制品为33W/m·k和纯铁一样,在530℃以上是陶瓷材料中导热最大的材料;

  3.低热膨胀系数:2×10-6的膨胀系数仅次于石英玻璃,是陶瓷中最小的。

  4.优良的电性能:高温绝缘好,25℃为1014Ω-cm,2000℃还可达到103Ω-cm,是陶瓷中最好的高温绝缘材料,击穿电压为3KV/mm。低介电损耗,108Hz时为2~5×10-4,介电常数为4,可透微波和红外线;

  5.良好的耐腐蚀性:与一般金属(铁、铜、铝、铅等),稀土金属,贵重金属,半导体材料(锗、硅、砷化钾、),玻璃、熔盐(水晶石、氟化物、炉渣),无机酸、碱不反应;

  6.低的摩擦系数:μ为0.16,高温下不增大;

  7.可机械加工性:其硬度为莫氏2,所以可用一般机械加工方法加工成精度很高的零部件制品,加工精度可达0.01mm。

  根据以上性能,氮化硼及其复合材料在电子、冶金、化工、宇航等尖端技术中具有许多用途:

  1、利用六方氮化硼陶瓷优良的化学稳定性,可用作熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、合成GaAs晶体的坩埚、火箭喷口、大功率器件底座、熔化金属的管道、泵零件、铸钢的模具等;

  2、利用六方氮化硼陶瓷的耐热耐蚀性,可以制造高温构件、火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流件发电机的耐蚀件等;

  3、利用六方氮化硼陶瓷的绝缘性,可用于高压高频电气设备及等离子弧的绝缘体以及各种加热器的绝缘子,加热管套管,高频应用电炉的绝缘材料。

  4、利用六方氮化硼陶瓷的高绝缘和高导热性可制成半导体元件绝缘散热底板、变压器的填充料和高温、高频、高压绝缘散热部件;

  5、利用六方氮化硼陶瓷的耐热、耐蚀和绝缘性可制成等离子弧、等离子焊接工具的高温绝缘部件,熔融金属的热电偶保护管,水平连铸的分离环等;

  6、利用高频损耗低的特性,可制成微波输能窗,利用含B高而作为半导体的固体扩散源。

  六方氮化硼制品典型特性


密度
Density (g/cm3)

2.2~2.3

熔点
Melting Point (℃)

3000 (升华)

硬度
Hardness (Knoop 100g) (kg/mm)

400

断裂模量
Modulus of Rupture (MPa)

80~90 (平行于受压方向∥to press dir)

35 (垂直于受压方向^ to press dir)

杨氏模量
Youngs Modulus (MPa)

20-103

热膨胀系数(℃-1)
Thermal Expansion Co-eff (RT-1000°C - x10-6)

2 (平行于受压方向∥to press dir)

7.5(垂直于受压方向^ to press dir)

导热系数(W/m.K)
Thermal Conductivity

10 (平行于受压方向∥to press dir)

20 (垂直于受压方向^ to press dir)

介电击穿强度(kV/mm)
Dielectric Breakdown Strength

30

体积电阻率(Ω·cm)
Vol Resistivity

108 - 1013

注:表中的数据是取自热压样品。由于氮化硼制品高度方向加压的形成过程,其性质是各向异性,即不同的方向相对加压的方向具有不同的性质。

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