六方氮化硼：工业界的“多才多艺的宝石”，应用范围广泛！

六方氮化硼（h-BN）六方氮化硼（h-BN）具有一系列优异的性能。作为一种基础结构陶瓷材料，它已成功应用于多个领域。随着研究的深入，h-BN的功能特性也逐步得到开发，在新能源和电子等领域展现出广阔的应用前景。此外，对于某些需要兼具结构和功能特性的严苛服役环境，h-BN也是一种理想的候选材料。

六方氮化硼性能分析

1. 热性能

六方氮化硼（h-BN）具有良好的高温稳定性。在标准大气压下，它没有明显的熔点，在3000℃以上升华。在氮气或氩气气氛中，h-BN的耐热温度可达2800℃而不软化；在中性或还原性气氛中，其耐热温度也可达到2000℃。然而，它在氧气气氛中易被氧化，生成低熔点的氧化硼，导致稳定性较差，通常将其使用温度限制在900℃以下。

六方氮化硼（h-BN）具有优异的导热性能。热压致密h-BN在室温下的导热系数较高。 块状陶瓷 六方氮化硼（h-BN）陶瓷的热导率可超过50 W/(m·K)，在陶瓷材料中仅次于氧化铍和氮化铝，接近钢的热导率。值得注意的是，h-BN陶瓷的热导率随温度升高并不显著降低。在600℃以上，其热导率高于氧化铍。在1000℃时，垂直于c轴取向方向的热导率约为27 W/(m·K)，高于大多数电绝缘体（热烧结h-BN具有织构特征，导致其在不同方向上的性能存在差异）。如果通过添加烧结助剂、改性相等来提高h-BN基复合陶瓷的密度，预计其热导率将得到进一步提升。

六方氮化硼（h-BN）陶瓷的热膨胀系数（CTE）也相对较低。对于烧结后无明显织构的块体陶瓷，其CTE为（2.5~4）×10⁻⁶ K⁻¹。然而，对于具有明显晶粒择优取向的织构化h-BN陶瓷，垂直于c轴方向的CTE通常小于1×10⁻⁶ K⁻¹，而平行于c轴方向的CTE则显著增大，超过10×10⁻⁶ K⁻¹，两个方向的CTE相差十倍以上。

由于其高导热性、低热膨胀系数和低弹性模量，六方氮化硼（h-BN）陶瓷具有优异的抗热震性能，即使经过反复剧烈的热冲击也能保持完整性。例如，热压成型的h-BN陶瓷样品在1000℃下保温20分钟后，立即置于空气中冷却或用风扇冷却至室温，可以承受数百次这样的循环而不会开裂或失效，尽管其强度可能会略有下降。

2. 电气特性

六方氮化硼（h-BN）在室温和高温下都是良好的电绝缘体。在干燥环境下，高纯度h-BN陶瓷的电阻率可达10^16 ~ 10^18 Ω·cm，即使在1000℃下，电阻率也能保持在10^4 ~ 10^6 Ω·cm（注：原文可能存在笔误；1000℃下10^16-10^18 Ω·cm的电阻率对于绝缘体而言似乎不太合理。h-BN高温电阻率的典型值较低，例如在1000℃左右为10^4-10^6 Ω·cm。译文忠实于原文，但指出了潜在的问题）。然而，电阻率会随着湿度的增加而略有下降。h-BN具有很高的击穿电压，可达30 V。~40 kV/mm，使其成为高频、高压和高温绝缘的理想候选材料。h-BN 的介电常数 (ε) 为 ​​3 至 5，介电损耗 (tan δ) 为 (2~8) × 10^-4，这在陶瓷材料中也相对较小。

3. 化学性质

六方氮化硼（h-BN）具有优异的化学稳定性。它不溶于冷水，在沸水中水解速度极慢，仅生成少量硼酸和氨。h-BN对多种无机酸、碱、盐溶液和有机溶剂具有良好的耐腐蚀性。它在大多数酸碱溶液中表现出优异的稳定性，在室温下不与弱酸和强碱反应，样品浸入浓硫酸、浓硝酸、浓磷酸等溶液中7天后的质量损失率小于10%。它仅会被热酸轻微腐蚀，且仅在与熔融氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）等溶液接触时才会分解。此外，h-BN既不润湿也不与大多数金属和玻璃的高温熔体发生反应，因此是熔炼各种金属坩埚的理想材料。

六方氮化硼的应用

1. 航空航天领域

由于其高热稳定性和低介电损耗，六方氮化硼（h-BN）是制造高温雷达罩/窗口的理想材料之一。尽管它存在硬度低、耐雨蚀性差等问题，但将h-BN陶瓷与……等材料复合，可以有效改善其性能。 氮化硅 或者，二氧化硅可以改善烧结特性，并结合各组分的优点，满足雷达罩/窗口组件在高马赫数飞行条件下的隔热、承载和波传输要求。

对于用于卫星和深空探测器姿态控制、轨道插入、转移和维护任务的霍尔电推进器而言，其关键部件——放电通道/绝缘材料——需要具备良好的耐热性、抗循环热冲击性、高温电绝缘性、抗离子溅射侵蚀性以及合适的二次电子发射系数。六方氮化硼（h-BN） 陶瓷是 最适合制备这些部件的材料是六方氮化硼（h-BN）系列陶瓷材料。俄罗斯、日本、美国和欧盟已对用于霍尔推力器部件的h-BN系列陶瓷材料进行了广泛的研究，并在相关航天器上取得了成功应用。中国也已在相关卫星模型上完成了霍尔推力器及其h-BN部件的在轨实验验证。

2. 冶金工业

六方氮化硼（h-BN）及其复合陶瓷长期以来被广泛用作高温耐火材料，例如TiB2-AlN-BN复合陶瓷蒸发舟、Si3N4-BN断裂环、特种金属高温电解槽、高温坩埚和铸造模具等。随着研究的深入和应用需求的不断扩大，该系列陶瓷材料的性能得到了显著提升，其应用领域也日益拓展。

薄带连铸是一种新型薄带钢生产工艺。与传统热轧相比，它具有设备投资少、生产工艺简单、能耗低、产品成本低等优点。侧挡板是安装在连铸辊两端、用于在辊间形成熔池的关键密封装置。其作用在于约束熔​​池，促进薄带成形，并确保带材边缘质量。所需的材料必须具备良好的抗热震性、抗钢水冲蚀性、高温体积稳定性、不被钢水润湿性以及耐磨性。经过对传统耐火材料、熔融石英、氧化锆等材料的试验，六方氮化硼（h-BN）被认为是最有前景的材料。日本、美国、俄罗斯、德国等冶金技术领先的国家已对h-BN复合陶瓷侧挡板进行了系统研究，开发了SiAlON-BN、Si3N4-BN、AlN-BN、ZrO2-BN等多个系列。中国相关研究机构也已在模拟工作条件下完成了实验测试。

3. 电子行业

六方氮化硼（h-BN）具有高绝缘性和高导热性，可用作电子电路中的热管理元件。通过化学气相沉积或液相剥离法制备的单层或少层h-BN纳米材料涂覆于芯片表面，可提供保护。此外，h-BN独特的二维结构赋予其优异的横向传热能力，能够快速地将高功率电子器件局部热点的热量沿横向方向散发出去，降低局部峰值温度，从而延长器件寿命并提高其可靠性。另外，h-BN粉末也是一种理想的聚合物填料。将其添加到树脂、橡胶、塑料等材料中，可以提高导热性和改善绝缘性能，这对于聚合物材料在柔性电子器件中的应用至关重要。

近年来，随着石墨烯研究的日益深入，二维氮化硼纳米片也引起了广泛关注。由于它们结构相似但电学性质截然不同（六方氮化硼是绝缘体），通过层层交替堆叠可以形成高质量的平面异质结构。这些异质结构具有晶格失配小、载流子迁移率高和带隙可调等特点，在基于微/纳米结构的高频晶体管和光子器件领域展现出广阔的应用前景。

4. 其他领域

六方氮化硼在其他领域也有广泛的应用：

• 含硼化合物具有一定的中子辐射屏蔽特性；h-BN 也可用于防止中子辐照的包装材料和原子反应堆的结构部件。

• 六方氮化硼具有耐高温性、化学稳定性和良好的高温润滑性能，可用作高温润滑剂、脱模剂或熔体防粘剂。

• 近期研究表明，多种形式的六方氮化硼（h-BN）可通过生成某些自由基引发或催化一系列反应，包括乙炔氢氯化反应和丙烷脱氢反应。因此，它不仅可以作为催化剂载体，还可以通过掺杂、改性等方法直接应用于催化反应中，展现出良好的应用潜力。