六方氮化硼(CY-HBN)诞生在19世纪40年代的贝尔曼实验室中，它的结构和性能与石墨极为相似，由于颜色洁白，有“白石墨”之称。六方氮化硼(CY-HBN)陶瓷作为一种新型复合陶瓷基材料，除了具有低密度、高熔点、低硬度、抗热震性和机械加工性能好等优点，还具有耐高温、热胀系数小、热导率高、介电常数低、可靠的电绝缘性等许多优异的性能，是一种有着巨大发展潜力的高温结构陶瓷材料。

01.六方氮化硼(CY-HBN)的结构与性能

1.1六方氮化硼(CY-HBN)的结构

氮化硼(CY-HBN)是一种性能优异，极具发展潜力和应用前景的新型宽带隙纳米材料。它是一种典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物，由氮原子和硼原子组成。氮原子和硼原子采取不同的杂化方式相互结合，可以形成不同物相结构的氮化硼：六方氮化硼CY-HBN、菱方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼(c-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN)、正交氮化硼(o-BN)。其中，六方氮化硼(CY-HBN)它是唯一存在于自然界的氮化硼相。 

六方氮化硼(CY-HBN)属于六方晶系，具有和石墨烯相同的六方晶体结构，它的晶格常数a=0.2504nm，c=0.6661nm，是由多层结构堆叠起来的，层间B-N-B是靠范德华作用力连接，易于剥离，且质量较轻，不导电，具有很宽的带隙(5.1eV)，高的硬度(莫氏硬度2)，高熔点(>3000K)，高的抗氧温度900℃，耐高温2000℃，热膨胀/收缩率低等优点，而且沿C轴方向有很好的散热性能，有着很广泛的应用，而且单层或者多层六方氮化硼(CY-HBN)可以卷曲成六方氮化硼管纳米材料[1]。

1.2六方氮化硼(CY-HBN)的性能

六方氮化硼(CY-HBN)的结构特点使其具有很多优异的特性，如高导热性、高耐热性、润滑性、摩擦系数低、热膨胀系数低、介电性质优异等物理性质以及抗氧化性强、抗腐蚀性强、化学性质稳定等化学性质 

CY-HBN陶瓷的具体基本性能如下[2]：

（1）高耐热性

CY-HBN陶瓷在0.1MPa氮气中于3000℃升华，在1800℃时的强度为室温的2倍，具有优异的抗热震性能，在1500℃空冷至室温数十次不会破裂。

（2）高导热系数

热压CY-HBN陶瓷制品导热率约为33Ｗ/ｍ?ｋ，具有与不绣钢相似的导热系数，是陶瓷材料中导热率的材料之一。

（3）低热膨胀系数

CY-HBN陶瓷的线膨胀系数为(2.0~6.5)ｘ10-6/℃，仅次于石英玻璃，是陶瓷中最小的，加上其具有高的导热率，所以CY-HBN陶瓷的抗热震性能很好。

（4）优良的电绝缘性能

CY-HBN陶瓷的高温绝缘性好，其电阻率25℃为1014Ω?cm，2000℃还可达到103Ω?cm，高纯度CY-HBN陶瓷体积电阻率可达1016~1018Ω?cm，即使在1000℃高温下，仍有104~106Ω?cm，是陶瓷中的高温绝缘材料。

（5）良好的耐腐蚀性

CY-HBN陶瓷化学稳定性好，且不被大多数的熔融金属、玻璃和盐润湿，因此具有很高的抗酸、碱、熔融金属及玻璃的侵蚀能力，有良好的化学惰性。

（6）低的摩擦系数

CY-HBN陶瓷具有极好的润滑性能，摩擦系数μ为0.16，高温下不增大，比二硫化钼、石墨耐温高，氧化气氛可用到900℃，真空下可用到2000℃。

（7）可机械加工性

CY-HBN陶瓷极易使用常规金属切削技术对制品精加工，车削精度可达0.05mm，因此由CY-HBN坯料可以加工得到复杂形状的制品。

02.六方氮化硼(CY-HBN)陶瓷的制备

2.1六方氮化硼粉体(CY-HBN)的制备

六方氮化硼(CY-HBN)主要是通过含硼和含氮的化合物进行合成和分解来制备，含硼的化合物主要包括硼的卤化物、氧化物及硼酸等，含氮化合物主要包括氨气、氨盐、尿素以及其他有机氨类[3]。

早期氮化硼的制备方法一般为直接合成法，反应为2B＋N2—2BN，由于原料单质硼的价格昂贵，制造成本高昂，限制了其发展应用。20世纪50年代后，氮化硼粉体(CY-HBN)合成的研究发展迅速。主要的合成方法有：

硼酐氮化法：B2O3＋NH3—2BN＋3H2O

硼砂－氯化铵法：Na2B4O7＋2NH4Cl＋2NH3—4BN＋2NaCl＋7H2O

硼砂－尿素法：Na2B4O7＋2(NH2)2CO—4BN＋Na2O＋4H2O＋2CO2

随着对氮化硼(CY-HBN)的研究不断深入，一些纳米结构的氮化硼(CY-HBN)的性质逐渐被发现。一方面纳米粉体比表面能高，烧结活性高，可以有效地促进CY-HBN陶瓷的致密化；另一方面，以纳米粉体作为原料，可以降低烧结温度，减小陶瓷烧结体晶粒尺寸，提高陶瓷的韧性，增强CY-HBN陶瓷的力学性能，为CY-HBN陶瓷工业化大规模应用奠定基础[4]。

目前纳米氮化硼粉体(CY-HBN)的制备方法有很多，根据其原理大致可以分为两大类：其中一类是合成法，主要有高温合成法、溶剂热合成法、模板法和化学气相沉积法(CVD)等；而另一类是剥离法，包括液相超声剥离法、激光蚀刻剥离法、机械球磨法等[5]。 

近几年来，随着对六方氮化硼(CY-HBN)研究的不断深入，各种新的制备方法相继出现。其中先驱体陶瓷技术以其独特的优势和特点在BN陶瓷及其复合材料的制备中占据极其重要的位置。

先驱体陶瓷技术是以有机或无机化合物为先驱体，通过交联裂解或气相热解等无机化过程转变为陶瓷的一种陶瓷材料制备技术[6]。

与传统的陶瓷制备工艺相比，先驱体转化法具有诸多的优势，包括[7]：

（1）先驱体分子的可设计性，可通过分子设计对先驱体的组成、结构进行设计和优化，进而实现对最终陶瓷材料的组成、结构与性能的设计与控制；

（2）制备温度低，在较低温度(1000～1400℃)下可实现裂解陶瓷化，从而避免了高温烧结对增强体的损伤；

（3）不需要添加烧结助剂，可以制备高纯的陶瓷材料；

（4）良好的工艺性。

未来这一技术将重点向高性能发动机、高效热防护系统以及耐高温透波天线罩等航空航天领域发展。

热等静压烧结

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