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氮化硼的結構和性質(一)

關鍵詞 氮化硼 , 結構 , 性質|2006-03-03 00:00:00|行業標準|來源 中國超硬材料網
摘要 氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體?;瘜W組成為43.5%的硼和氣6.4%的氮,具有四種不同的變體:六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纖鋅礦氮化硼(...

  氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體?;瘜W組成為43.5%的硼和氣6.4%的氮,具有四種不同的變體:六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼CBN)和纖鋅礦氮化硼(WBN)。
  第一節 六方氮化硼和菱方氮化硼的結構
  氮原子和硼原子采取不同雜化方式互相作用,可形成不同結構的氮化硼晶體。當氮原子和硼原子以SP2方式雜化后,由于鍵角為120O,成鍵后形成與石墨類似 的平面六角網狀結構分子,這種大的平面網狀分子采取不同的空間堆垛方式后,又可形成不同的結構--六方氮化硼(HBN)和菱方氮化硼(RBN)。
  一、 六方氮化硼
  六方氮化硼具有石墨類似的結構,外觀為白色,因而有時也稱該種氮化朋為類石墨氮化硼或白石墨。
  六方氮化硼的結構,層狀排列為AA、,AA,……類型,晶格常數α=0.251±0.002nm,c=0.670±0.004nm,密度ρ為2.25g/cm3。
  六方氮化硼在空氣中非常穩定,能耐2270K高溫,在3270K時升華,氮化硼具有良好的絕熱性、導熱性和化學穩定性,不溶于冷水,水煮沸時水解非常緩慢 并產生少量的硼酸和氫;與弱酸和強堿在室溫下均不反應,微溶于熱酸,用熔融的氫氧化鈉、氫氧化鉀處理才能分解,利用這一性質,可以將立方氮化硼從六方氮化 硼中分離出來。
  二、菱方氮化硼
  菱方氮化硼的結構,層狀排列為ABCABC……類型,晶格常數α=0.22556nm,c=0.4175nm,密度ρ為2.25g/cm3。
  菱方氮化硼具有與六方氮化硼相同的性質,不能用物理方法將其分開。層間的ABCABC……排列更有利于向立方氮化硼轉變,因而有人用菱方氮化硼在沖擊壓縮中直接得到了立方氮化硼。
  第二節 立方氮化硼與纖鋅礦氮化硼的結構
  一、 立方氮化硼
  氮化硼晶體除具有六方氮化硼和菱方氮化硼兩種結構外,還具有兩種采取SP 3雜化后形成的類似金剛石結構的氮化硼,它們是具有閃鋅礦結構的立方氮化硼和具有纖鋅礦結構的六方氮化硼(WBN)。
  立方氮化硼具有類似金剛石的晶體結構,不僅晶格常數相似(金剛石為0.3567nm,立方氮化硼為0.3615nm),而且晶體中的結合鍵亦基本相同,即 都是沿四方面體雜體中的共價鍵,所不同的是金剛石中的結合純屬碳原子之間的共價鍵,而立方氮化硼晶體中的結合鍵則是硼、氮異類原子間的共價結合,此外尚有 一定的弱離子鍵。在理想的立方氮化硼晶體中,所有四個B-N鍵的鍵長彼此皆相等(0.157nm) 鍵與鍵鍵的夾角為109o5'。
  立方氮化硼晶體每一層是按緊密球堆積的原則構成的,且是同類原子所組成的,由硼原子構成的單層與由氮原子構成的單層相互交替。立方氮化硼格子具有 aa'bb'cc'aa'bb'的連續的層堆垛.它的晶格常數為3615±0.0001nm,密度為3.48g/cm3。
  立方氮化硼最典型的幾何形狀是正四面體晶面和負四面體晶面的結合,常見的形狀有:四面體、假八面體,假六面體(扁平的四面體)。
  根據立方氮化硼的B、N表面腐蝕的顯微結構,四面體的立方氮化硼晶體可分為兩種:一種是硼四面體,即四個表面是硼表面;另一種是氮四面體,即四個表面是氮表面。硼
  二、 纖鋅氮化硼
  纖鋅礦氮化硼屬于六方晶體,其結構如圖1-1所示。纖鋅礦氮化硼的結構都是由成對的原子層組成的,一個平面是硼原子,另一個平面是氮原子。如果只看到最近 鄰原子,不可能說出是立方結構還是六方結構,但遠到次近鄰原子時,就能區別它們的結構。這兩種結構中相鄰鍵長接近相等。纖鋅氮化硼的晶格常數a= 0.255±0.002nm, c=0

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