NITRURE DE BORE
Le nitrure de bore est un composé chimique synthétique composé d'atomes de bore et d'azote, généralement trouvé sous des formes cristallines telles que le nitrure de bore hexagonal (h-BN) et le nitrure de bore cubique (c-BN), qui sont respectivement isoélectroniques avec le graphite et le diamant.
Le nitrure de bore hexagonal est un matériau lubrifiant blanc connu sous le nom de « graphite blanc », apprécié pour sa conductivité thermique, son isolation électrique et sa stabilité à haute température, tandis que le nitrure de bore cubique est l'un des matériaux les plus durs, utilisé dans les outils de coupe et les abrasifs.
Les propriétés uniques du nitrure de bore, notamment son inertie chimique, sa résistance à l’oxydation et ses diverses formes cristallines, en font un matériau polyvalent avec des applications dans l’électronique, la nanotechnologie, les cosmétiques et les céramiques hautes performances.
Numéro CAS : 10043-11-5
Numéro CE : 233-136-6
Formule moléculaire : BN
Poids moléculaire : 24,82 g/mol
Synonymes : nitrure de bore, 10043-11-5, azanylidyneborane, Elbor, mononitrure de bore, Borazon, Elboron, Kubonit, Wurzin, Geksanit R, Hexanite R, Hexanit R, Super mighty M, Kubonit KR, Denka nitrure de bore GP, Elbor R, Denka GP, Elbor RM, Sho BN, nitrure de bore (BN), Sho BN HPS, UHP-Ex, SP 1 (nitrure), BN 40SHP, KBN-H10, Elbor LO 10B1-100, Bornitrid, nitrure de bore, nitruro de boro, BZN 550, EINECS 233-136-6, UNII-2U4T60A6YD, nanotubes de nitrure de bore, 2U4T60A6YD, DTXSID5051498, CHEBI:50883, EC 233-136-6, MFCD00011317, dispersion de nitrure de bore, encre de nitrure de bore hexagonale, (BN), [BN], graphite blanc, BN, nitrure de bore nano, poudre de nitrure de bore, nitrure de bore 99 %, nanopoudre de nitrure de bore, H-BN, micropoudre de nitrure de bore, nanobarbes de nitrure de bore ?, nitrure de bore, faible liant, H-BN-A, H-BN-B, H-BN-C, 78666-05-4, nitrure de bore HEXAGONAL, poudre de nitrure de bore hexagonale, cible de pulvérisation de nitrure de bore, DTXCID9030046, poudre de nitrure de bore, 99 % nano, propriétés des nanotubes de nitrure de bore, AKOS015833702, nitrure de bore BN GRADE C (H?gan?s), Nitrure de bore, poudre, ~1 mum, 98 %, Nitrure de bore BN GRADE A 01 (H?gan?s), Nitrure de bore BN GRADE B 50 (H?gan?s), Nitrure de bore BN GRADE F 15 (H?gan?s), NS00082120, Q/TY. J08.34-2022, Nanotubes de nitrure de bore (B) Structure en bambou, LUBRIFORM? Nitrure de bore BN 10 (H?gan?s), LUBRIFORM? Nitrure de bore BN 15 (H?gan?s), Aérosol en aérosol de nitrure de bore (hBN) (13Oz/369g), Nanotubes de nitrure de bore (C) Structure cylindrique, Q410193, Nitrure de bore, Peinture réfractaire applicable au pinceau, BN 31 %, J-000130, Nitrure de bore, nanoplaquette, dimensions latérales < 5 mu, Tige de nitrure de bore, Diamètre (mm), 12,7, Longueur (mm), 300, Tige de nitrure de bore, Diamètre (mm), 6,4, Longueur (mm), 300, Nitrure de bore, Matériau de référence certifié ERM(R), poudre, Plaque rectangulaire de nitrure de bore, Longueur (mm), 125, Largeur (mm), 125, Épaisseur (mm), 12,7, Plaque rectangulaire de nitrure de bore, Longueur (mm), 125, largeur (mm), 125, épaisseur (mm), 6,4, nitrure de bore, nanopoudre, taille moyenne des particules < 150 nm (BET), base de traces de métaux à 99 %, 174847-14-4
Le nitrure de bore est un composé chimique synthétique composé d'atomes de bore et d'azote, généralement présent sous plusieurs formes cristallines qui ressemblent à des structures de carbone, telles que le nitrure de bore hexagonal (h-BN) et le nitrure de bore cubique (c-BN).
Le nitrure de bore hexagonal, la forme la plus stable et la plus couramment rencontrée, est un matériau lubrifiant blanc souvent appelé « graphite blanc » en raison de sa similitude structurelle et fonctionnelle avec le graphite.
Le nitrure de bore est connu pour son excellente conductivité thermique, son isolation électrique et sa stabilité à haute température, ce qui en fait un matériau privilégié pour les applications dans l'électronique, les revêtements et les céramiques hautes performances.
Le nitrure de bore cubique, en revanche, est l'un des matériaux les plus durs connus, après le diamant, et est largement utilisé dans les outils de coupe et les abrasifs pour l'usinage de matériaux durs.
Le nitrure de bore présente une inertie chimique remarquable, une résistance à l’oxydation et une faible densité, qui contribuent à sa polyvalence dans les environnements difficiles.
De plus, les applications émergentes incluent son utilisation en nanotechnologie, où les nanotubes et nanofeuilles de nitrure de bore ont attiré l'attention pour leur résistance mécanique, leur stabilité thermique et leur potentiel dans les dispositifs électroniques et optiques.
Cette combinaison unique de propriétés a fait du nitrure de bore un matériau essentiel dans divers domaines industriels, scientifiques et technologiques.
Le nitrure de bore est enregistré dans le cadre du règlement REACH et est fabriqué et/ou importé dans l'Espace économique européen, à raison de ≥ 100 à < 1 000 tonnes par an.
Le nitrure de bore est utilisé par les consommateurs, dans les articles, par les professionnels (usages répandus), dans la formulation ou le reconditionnement, sur les sites industriels et dans la fabrication.
Le nitrure de bore est un composé réfractaire thermiquement et chimiquement résistant de bore et d'azote dont la formule chimique est le nitrure de bore.
Le nitrure de bore existe sous diverses formes cristallines qui sont isoélectroniques à un réseau de carbone de structure similaire.
La forme hexagonale correspondant au graphite est la plus stable et la plus douce parmi les polymorphes du nitrure de bore et est donc utilisée comme lubrifiant et additif aux produits cosmétiques.
La variété cubique (structure zincblende ou sphalérite) analogue au diamant est appelée nitrure de c-bore.
Le nitrure de bron est plus mou que le diamant, mais sa stabilité thermique et chimique est supérieure.
La modification rare du nitrure de bore wurtzite est similaire à la lonsdaléite mais légèrement plus molle que la forme cubique.
En raison de leur excellente stabilité thermique et chimique, les céramiques au nitrure de bore sont utilisées dans les équipements à haute température et dans la coulée de métaux.
Le nitrure de bore a un potentiel d’utilisation en nanotechnologie.
La formule empirique du nitrure de bore est trompeuse.
Le nitrure de bore n’est pas du tout comme les autres molécules diatomiques telles que le monoxyde de carbone (CO) et le chlorure d’hydrogène (HCl).
Le nitrure de bore a plutôt beaucoup en commun avec le carbone, dont la représentation comme C monoatomique est également trompeuse.
Le nitrure de bore, comme le carbone, possède plusieurs formes structurelles.
La structure la plus stable du nitrure de bore, hBN (illustrée), est isoélectronique avec le graphite et possède la même structure hexagonale avec des propriétés de douceur et de lubrification similaires.
Le hBN peut également être produit sous forme de feuilles semblables au graphène qui peuvent être transformées en nanotubes.
En revanche, le BN cubique (cBN) est isoélectronique avec le diamant.
Le nitrure de bore n’est pas aussi dur, mais il est plus stable thermiquement et chimiquement.
Le nitrure de bore est également beaucoup plus facile à fabriquer.
Contrairement au diamant, le nitrure de bore est insoluble dans les métaux à haute température, ce qui en fait un revêtement métallique abrasif et résistant à l'oxydation utile.
Il existe également une forme amorphe (aBN), équivalente au carbone amorphe.
Le nitrure de bore est principalement un matériau synthétique, bien qu'un gisement naturel ait été signalé.
Les tentatives de production de nitrure de bore pur remontent au début du 20e siècle, mais des formes commercialement acceptables n'ont été produites qu'au cours des 70 dernières années.
Dans un brevet de 1958 de la Carborundum Company (Lewiston, NY), Kenneth M. Taylor a préparé des formes moulées en nitrure de bore en chauffant de l'acide borique (H3BO3) avec un sel métallique d'un oxyacide tel que le phosphate en présence d'ammoniac pour former un « mélange » de nitrure de bore, qui a ensuite été comprimé pour lui donner sa forme.
Aujourd’hui, des méthodes similaires sont utilisées qui commencent avec du trioxyde borique (B2O3) ou H3BO3 et utilisent l’ammoniac ou l’urée comme source d’azote.
Toutes les méthodes de synthèse produisent un aBN quelque peu impur, qui est purifié et converti en hBN par chauffage à des températures supérieures à celles utilisées dans la synthèse.
De même que pour la préparation du diamant synthétique, le hBN est converti en cBN sous haute pression et température.
Le nitrure de bore est un ingrédient unique très populaire dans l’industrie des soins personnels et des cosmétiques.
Le nitrure de bore a une apparence blanche, douce et poudreuse, semblable au talc.
Le nitrure de bore confère une texture lisse et soyeuse aux formulations cosmétiques et contribue à améliorer leur étalement et leur facilité de mélange.
Le nitrure de bore peut agir comme un agent matifiant, réduisant la brillance et le gras de la peau.
De plus, le nitrure de bore présente une excellente conductivité thermique, ce qui le rend utile dans les cosmétiques résistants à la chaleur.
La formule chimique du nitrure de bore est BN.
Le nitrure de bore est un composé réfractaire thermique et chimique non toxique avec une résistance électrique élevée et une faible densité, généralement présent sous forme de cristaux incolores ou de poudre blanche.
En tant que matériau céramique avancé, le nitrure de bore possède une structure unique qui lui confère des propriétés similaires à celles du graphite et du diamant, ce qui lui vaut des surnoms tels que « graphène blanc » ou « graphite inorganique ».
Avec ses diverses applications et ses propriétés physiques remarquables, le nitrure de bore est largement étudié et utilisé dans des industries allant de l'électronique aux cosmétiques.
Dans cet article, nous explorerons les propriétés, la densité, la structure, les méthodes de production et les utilisations du nitrure de bore.
Le nitrure de bore est un matériau céramique synthétique avancé disponible sous forme solide et en poudre.
Les propriétés uniques du nitrure de bore – de la capacité thermique élevée et de la conductivité thermique exceptionnelle à l'usinabilité facile, à la lubrification, à la faible constante diélectrique et à la rigidité diélectrique supérieure – font du nitrure de bore un matériau vraiment exceptionnel.
Sous sa forme solide, le nitrure de bore est souvent appelé « graphite blanc » car il possède une microstructure similaire à celle du graphite.
Cependant, contrairement au graphite, le nitrure de bore est un excellent isolant électrique qui a une température d’oxydation plus élevée.
Le nitrure de bore offre une conductivité thermique élevée et une bonne résistance aux chocs thermiques et peut être facilement usiné avec des tolérances étroites dans pratiquement toutes les formes.
Après usinage, le nitrure de bore est prêt à l’emploi sans opérations de traitement thermique ou de cuisson supplémentaires.
Nitrure de bore, composé cristallin de bore et d'azote produit synthétiquement, un matériau céramique industriel d'application limitée mais importante, principalement dans les isolants électriques et les outils de coupe.
Le nitrure de bore est fabriqué sous deux formes cristallographiques, le nitrure de bore hexagonal (H-BN) et le nitrure de bore cubique (C-BN).
Le H-BN est préparé par plusieurs méthodes, notamment en chauffant de l'oxyde borique (B2O3) avec de l'ammoniac (NH3).
Le nitrure de bore est une poudre lamellaire constituée, au niveau moléculaire, de feuillets d'anneaux hexagonaux qui glissent facilement les uns sur les autres.
Cette structure, similaire à celle du graphite minéral de carbone, fait du H-BN un matériau doux et lubrifiant ; contrairement au graphite, cependant, le H-BN est connu pour sa faible conductivité électrique et sa conductivité thermique élevée.
Le H-BN est fréquemment moulé puis pressé à chaud dans des formes telles que des isolateurs électriques et des creusets de fusion.
Le nitrure de bore peut également être appliqué avec un liant liquide comme revêtement résistant à la température pour les machines de traitement métallurgique, céramique ou polymère.
Le C-BN est le plus souvent fabriqué sous forme de petits cristaux en soumettant le H-BN à une pression extrêmement élevée (six à neuf gigapascals) et à une température extrêmement élevée (1 500° à 2 000° C, ou 2 730° à 3 630° F).
Le nitrure de bore est deuxième après le diamant en termes de dureté (approchant le maximum de 10 sur l'échelle de dureté de Mohs) et, comme le diamant synthétique, est souvent lié à des outils de coupe métalliques ou métallo-céramiques pour l'usinage des aciers durs.
En raison de sa température d'oxydation élevée (supérieure à 1 900 °C, ou 3 450 °F), le nitrure de bore a une température de travail beaucoup plus élevée que le diamant (qui s'oxyde au-dessus de 800 °C, ou 1 475 °F).
Le nitrure de bore est un matériau synthétique qui, bien que découvert au début du XIXe siècle, n'a été développé comme matériau commercial que dans la seconde moitié du XXe siècle.
Le bore et l'azote sont voisins du carbone dans le tableau périodique - en combinaison, le bore et l'azote ont le même nombre d'électrons sur la couche externe - les rayons atomiques du bore et de l'azote sont similaires à celui du carbone.
Il n’est donc pas surprenant que le nitrure de bore et le carbone présentent une similitude dans leur structure cristalline.
De la même manière que le carbone existe sous forme de graphite et de diamant, le nitrure de bore peut être synthétisé sous des formes hexagonales et cubiques.
La synthèse de poudre de nitrure de bore hexagonal est réalisée par nitruration ou ammonanalyse de l'oxyde borique à température élevée.
Le nitrure de bore cubique est formé par traitement à haute pression et haute température du nitrure de bore hexagonal.
Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est l'équivalent structurel du graphite.
Comme le graphite, la microstructure en plaque et la structure en treillis stratifié du nitrure de bore lui confèrent de bonnes propriétés lubrifiantes.
Le h-BN résiste au frittage et est généralement formé par pressage à chaud.
Le nitrure de bore cubique (C-BN) a la même structure que le diamant et ses propriétés reflètent celles du diamant.
En effet, le C-BN est le deuxième matériau le plus dur après le diamant.
Le C-BN a été synthétisé pour la première fois en 1957, mais ce n'est qu'au cours des 15 dernières années que la production commerciale de C-BN s'est développée.
Autres formes de nitrure de bore :
Le nitrure de bore hexagonal peut être exfolié en couches mono ou en couches de quelques atomes.
En raison de la structure analogue du nitrure de bore à celle du graphène, le nitrure de bore atomiquement fin est parfois appelé graphène blanc.
Propriétés mécaniques :
Le nitrure de bore, d'une finesse atomique, est l'un des matériaux isolants électriques les plus résistants.
Le nitrure de bore monocouche a un module de Young moyen de 0,865 TPa et une résistance à la fracture de 70,5 GPa, et contrairement au graphène, dont la résistance diminue considérablement avec l'augmentation de l'épaisseur, les feuilles de nitrure de bore à quelques couches ont une résistance similaire à celle du nitrure de bore monocouche.
Conductivité thermique :
Le nitrure de bore atomiquement mince a l'un des coefficients de conductivité thermique les plus élevés (751 W/mK à température ambiante) parmi les semi-conducteurs et les isolants électriques, et la conductivité thermique du nitrure de bore augmente avec une épaisseur réduite en raison d'un couplage intra-couche moindre.
Stabilité thermique :
La stabilité à l'air du graphène montre une dépendance claire de l'épaisseur : le graphène monocouche est réactif à l'oxygène à 250 °C, fortement dopé à 300 °C et gravé à 450 °C ; en revanche, le graphite en vrac n'est pas oxydé avant 800 °C.
Le nitrure de bore atomiquement fin présente une résistance à l’oxydation bien meilleure que le graphène.
Le nitrure de bore monocouche n'est pas oxydé avant 700 °C et peut supporter jusqu'à 850 °C dans l'air ; les nanofeuilles de nitrure de bore bicouches et tricouches ont des températures de début d'oxydation légèrement plus élevées.
L'excellente stabilité thermique, la grande imperméabilité au gaz et au liquide et l'isolation électrique font des matériaux de revêtement à potentiel de nitrure de bore atomiquement minces pour prévenir l'oxydation de surface et la corrosion des métaux et d'autres matériaux bidimensionnels (2D), tels que le phosphore noir.
Meilleure adsorption de surface :
Il a été constaté que le nitrure de bore atomiquement mince possède de meilleures capacités d'adsorption de surface que le nitrure de bore hexagonal en vrac.
Selon des études théoriques et expérimentales, le nitrure de bore atomiquement fin en tant qu'adsorbant subit des changements de conformation lors de l'adsorption de surface des molécules, augmentant l'énergie et l'efficacité d'adsorption.
L'effet synergique de l'épaisseur atomique, de la grande flexibilité, de la capacité d'adsorption de surface plus forte, de l'isolation électrique, de l'imperméabilité, de la stabilité thermique et chimique élevée des nanofeuilles de nitrure de bore peut augmenter la sensibilité Raman jusqu'à deux ordres, et en même temps atteindre une stabilité à long terme et une réutilisabilité difficilement réalisables par d'autres matériaux.
Propriétés diélectriques :
Le nitrure de bore hexagonal atomiquement mince est un excellent substrat diélectrique pour le graphène, le disulfure de molybdène (MoS2) et de nombreux autres dispositifs électroniques et photoniques à base de matériaux 2D.
Comme le montrent les études de microscopie à force électrique (EFM), l'écrantage du champ électrique dans le nitrure de bore atomiquement mince montre une faible dépendance à l'épaisseur, ce qui est conforme à la décroissance douce du champ électrique à l'intérieur du nitrure de bore à quelques couches révélée par les calculs de premiers principes.
Caractéristiques Raman :
La spectroscopie Raman a été un outil utile pour étudier une variété de matériaux 2D, et la signature Raman du nitrure de bore atomiquement mince de haute qualité a été rapportée pour la première fois par Gorbachev et al. en 2011 et Li et al.
Cependant, les deux résultats Raman rapportés sur le nitrure de bore monocouche ne concordent pas entre eux.
Cai et al. ont donc mené des études expérimentales et théoriques systématiques pour révéler le spectre Raman intrinsèque du nitrure de bore atomiquement mince.
Le nitrure de bore révèle que le nitrure de bore atomiquement mince sans interaction avec un substrat a une fréquence de bande G similaire à celle du nitrure de bore hexagonal en vrac, mais la contrainte induite par le substrat peut provoquer des décalages Raman.
Néanmoins, l'intensité Raman de la bande G du nitrure de bore atomiquement mince peut être utilisée pour estimer l'épaisseur de la couche et la qualité de l'échantillon.
Nanomaille de nitrure de bore :
Le nanomesh de nitrure de bore est un matériau bidimensionnel nanostructuré.
Le nitrure de bore est constitué d'une seule couche de nitrure de bore, qui forme par auto-assemblage un maillage très régulier après exposition à haute température d'une surface propre de rhodium ou de ruthénium à la borazine sous ultra-vide.
Le nanomesh ressemble à un assemblage de pores hexagonaux.
La distance entre deux centres de pores est de 3,2 nm et le diamètre des pores est d'environ 2 nm.
D’autres termes pour ce matériau sont boronitrène ou graphène blanc.
Le nanomesh de nitrure de bore est stable à l'air et compatible avec certains liquides jusqu'à des températures de 800 °C.
Nanotubes de nitrure de bore :
Les tubules de nitrure de bore ont été fabriqués pour la première fois en 1989 par Shore et Dolan. Ce travail a été breveté en 1989 et publié en 1989 dans une thèse (Dolan) puis en 1993 dans Science.
Les travaux de 1989 ont également été la première préparation de nitrure de bore amorphe par la B-trichloroborazine et le césium métallique.
Les nanotubes de nitrure de bore ont été prédits en 1994 et découverts expérimentalement en 1995.
On peut les imaginer comme une feuille enroulée de nitrure de bore.
Structurellement, le nitrure de bore est un analogue proche du nanotube de carbone, à savoir un long cylindre d'un diamètre de plusieurs centaines de nanomètres et d'une longueur de plusieurs micromètres, sauf que les atomes de carbone sont alternativement substitués par des atomes d'azote et de bore.
Cependant, les propriétés des nanotubes de nitrure de bore sont très différentes : alors que les nanotubes de carbone peuvent être métalliques ou semi-conducteurs selon le sens et le rayon de laminage, un nanotube de nitrure de bore est un isolant électrique avec une bande interdite d'environ 5,5 eV, fondamentalement indépendant de la chiralité et de la morphologie du tube.
De plus, une structure en nitrure de bore stratifiée est beaucoup plus stable thermiquement et chimiquement qu'une structure en carbone graphitique.
Aérogel de nitrure de bore :
L'aérogel de nitrure de bore est un aérogel constitué de nitrure de bore hautement poreux.
Le nitrure de bore est généralement constitué d’un mélange de nanotubes et de nanofeuilles de nitrure de bore déformés.
Le nitrure de bore peut avoir une densité aussi faible que 0,6 mg/cm3 et une surface spécifique aussi élevée que 1050 m2/g, et a donc des applications potentielles comme absorbant, support de catalyseur et moyen de stockage de gaz.
Les aérogels de nitrure de bore sont hautement hydrophobes et peuvent absorber jusqu’à 160 fois leur poids en pétrole.
Ils résistent à l'oxydation dans l'air à des températures allant jusqu'à 1200 °C et peuvent donc être réutilisés après que l'huile absorbée ait été brûlée par la flamme.
Les aérogels de nitrure de bore peuvent être préparés par dépôt chimique en phase vapeur assisté par gabarit en utilisant la borazine comme gaz d'alimentation.
Composites contenant du nitrure de bore :
L'ajout de nitrure de bore aux céramiques en nitrure de silicium améliore la résistance aux chocs thermiques du matériau obtenu.
Dans le même but, le nitrure de bore est également ajouté aux céramiques en nitrure de silicium-alumine et en nitrure de titane-alumine.
D'autres matériaux renforcés avec du nitrure de bore comprennent l'alumine et la zircone, les verres borosilicatés, les vitrocéramiques, les émaux et les céramiques composites avec une composition borure de titane-nitrure de bore, borure de titane-nitrure d'aluminium-nitrure de bore et carbure de silicium-nitrure de bore.
Le nitrure de bore stabilisé à la zircone (ZSBN) est produit en ajoutant de la zircone au nitrure de bore, améliorant ainsi la résistance aux chocs thermiques et la résistance mécanique du nitrure de bore grâce à un processus de frittage.
Le nitrure de bore offre de meilleures caractéristiques de performance, notamment une résistance supérieure à la corrosion et à l'érosion sur une large plage de températures.
La combinaison unique de conductivité thermique, de lubrification, de résistance mécanique et de stabilité du nitrure de bore le rend adapté à diverses applications, notamment les outils de coupe et les revêtements résistants à l'usure, l'isolation thermique et électrique, l'aérospatiale et la défense, ainsi que les composants à haute température.
Nitrure de bore pyrolytique (PBN) :
Le nitrure de bore pyrolytique (PBN), également connu sous le nom de nitrure de bore déposé chimiquement en phase vapeur (CVD-BN), est un matériau céramique de haute pureté caractérisé par une résistance chimique et mécanique exceptionnelle à haute température.
Le nitrure de bore pyrolytique est généralement préparé par décomposition thermique de trichlorure de bore et de vapeurs d'ammoniac sur des substrats en graphite à 1900 °C.
Le nitrure de bore pyrolytique (PBN) a généralement une structure hexagonale similaire au nitrure de bore hexagonal (hBN), bien qu'il puisse présenter des défauts d'empilement ou des écarts par rapport au réseau idéal.
Le nitrure de bore pyrolytique (PBN) présente des attributs remarquables, notamment une inertie chimique exceptionnelle, une rigidité diélectrique élevée, une excellente résistance aux chocs thermiques, une non-mouillabilité, une non-toxicité, une résistance à l'oxydation et un dégazage minimal.
En raison d'une texture plane hautement ordonnée similaire au graphite pyrolytique (PG), le nitrure de bore présente des propriétés anisotropes telles qu'une constante diélectrique plus faible verticalement par rapport au plan cristallin et une résistance à la flexion plus élevée le long du plan cristallin.
Le matériau PBN a été largement fabriqué sous forme de creusets de cristaux semi-conducteurs composés, de fenêtres de sortie et de tiges diélectriques de tubes à ondes progressives, de gabarits à haute température et d'isolants.
Utilisations du nitrure de bore :
La structure et la densité uniques du nitrure de bore lui permettent de servir une large gamme d'applications dans de nombreux secteurs industriels.
La polyvalence du nitrure de bore provient de ses diverses formes cristallines, notamment le nitrure de bore hexagonal (h-BN), le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure de bore wurtzite (w-BN).
Ces formes contribuent collectivement aux performances exceptionnelles du nitrure de bore dans des environnements difficiles.
Vous trouverez ci-dessous les principales applications du nitrure de bore.
Industrie et fabrication :
Le nitrure de bore est largement utilisé dans les outils de coupe et de meulage pour les matériaux durs tels que l'acier trempé et la fonte résistante à l'usure, grâce à sa dureté élevée et sa stabilité chimique.
La conductivité thermique du nitrure de bore et sa résistance aux métaux en fusion en font un matériau privilégié dans les fours à haute température, les systèmes sous vide et les applications de projection thermique.
Electronique et Optique :
La faible constante diélectrique du matériau, son excellente stabilité thermique et ses propriétés d'isolation électrique le rendent adapté à une utilisation dans les dissipateurs thermiques à semi-conducteurs et comme matériau de substrat pour les dispositifs à base de graphène.
Dans l'industrie de l'optique, la capacité du nitrure de bore à résister à l'oxydation et sa conductivité thermique élevée permettent son application dans les revêtements optiques et l'électronique avancés.
Automobile et aéronautique :
Le nitrure de bore hexagonal est couramment utilisé pour créer des joints et des composants isolants dans l'industrie automobile, tels que des capteurs d'oxygène et des boucliers thermiques.
La densité et la structure légères du nitrure de bore contribuent à son utilisation dans les matériaux aérospatiaux où la réduction du poids et la résistance thermique sont essentielles.
Cosmétique et Médical :
La nature lubrifiante et la non-toxicité du nitrure de bore le rendent idéal pour les cosmétiques, notamment les ombres à paupières, les fonds de teint et les rouges à lèvres, où il améliore la douceur et l'étalement.
Des recherches émergentes suggèrent des applications potentielles dans le domaine biomédical, telles que les implants et les revêtements biocompatibles.
Autres applications :
Le nitrure de bore est fréquemment utilisé dans la production de revêtements pour outils et moules afin d’améliorer leur résistance à l’usure.
Le nitrure de bore trouve également des applications dans les céramiques, les peintures, les résines et les alliages hautes performances.
Applications
Le nitrure de bore est un ingrédient véritablement polyvalent qui trouve de nombreuses applications différentes dans l’industrie des cosmétiques et des soins de la peau.
Produits cosmétiques :
Le nitrure de bore est utilisé comme charge et liant, aidant à améliorer la texture et l'adhérence des poudres, des fards à paupières et des fonds de teint.
Le nitrure de bore confère une sensation douce et veloutée aux produits de maquillage, améliorant leur facilité de mélange et empêchant l'agglomération ou l'agglutination.
Le nitrure de bore agit également comme un agent de diffusion de la lumière, diffusant la lumière pour minimiser l'apparence des ridules et des imperfections, donnant à la peau un effet flou
Soins de la peau:
Le nitrure de bore est utilisé pour ses propriétés d’absorption d’huile.
Le nitrure de bore peut aider à contrôler l’excès de sébum et à réduire la brillance, ce qui le rend adapté aux produits ciblant les peaux grasses ou mixtes.
Le nitrure de bore est également connu pour sa conductivité thermique élevée, lui permettant de dissiper efficacement la chaleur.
Cela rend le nitrure de bore utile dans des produits tels que des crèmes ou des écrans solaires résistants à la chaleur, procurant une sensation de fraîcheur lors de l'application.
Isolateurs électriques :
La combinaison d'une résistance élevée à la rupture diélectrique et d'une résistivité volumique conduit à l'utilisation du h-BN comme isolant électrique. Cependant, sa tendance à s'oxyder à haute température limite souvent son utilisation au fonctionnement sous vide et sous atmosphère inerte.
Creusets et récipients de réaction :
L'inertie chimique du nitrure de bore conduit à son application comme gaine de protection de thermocouple, creuset et revêtement de cuves de réaction, bien que, comme indiqué ci-dessus, l'oxydation doive être évitée.
Moules et barquettes d'évaporation :
Le h-BN est utilisé sous forme de vrac ou comme revêtement pour les moules réfractaires utilisés dans le formage du verre et dans le formage superplastique du titane.
Le nitrure de bore est également utilisé comme constituant dans les matériaux composites, par exemple les composites TiB2/BN pour les bateaux d'évaporation en métal et Si3N4/BN pour les anneaux de rupture dans la coulée continue de l'acier.
Pressage isostatique à chaud :
La réfractarité du nitrure de bore combinée au fait qu'il n'est pas mouillé par le verre fondu conduit à l'utilisation du h-BN dans la production de matériaux pressés isostatiquement à chaud (HIP), notamment des céramiques.
Dans cette application, les pièces préformées sont revêtues de h-BN avant l'encapsulation du verre et le HIP.
Cela empêche la pièce soumise au HIP d'entrer en contact avec le verre, ce qui facilite son retrait après le HIP.
Outils de coupe et abrasifs pour machines :
Des outils de coupe et des composants abrasifs particulièrement destinés à être utilisés avec des métaux ferreux à faible teneur en carbone ont été développés en utilisant C-BN.
Dans cette application, les outils se comportent de manière similaire aux outils en diamant polycristallin mais peuvent être utilisés sur du fer et des alliages à faible teneur en carbone sans risque de réaction.
Substrats pour appareils électroniques :
Le C-BN est utilisé pour les substrats destinés au montage de composants électroniques à haute densité et haute puissance où la conductivité thermique élevée obtenue permet une dissipation thermique efficace.
Revêtements résistants à l’usure :
En raison de la dureté élevée du nitrure de bore et de ses excellentes propriétés de résistance à l'usure, des revêtements en C-BN ont été développés.
BN hexagonal :
Le BN hexagonal (h-BN) est le polymorphe le plus utilisé.
Le nitrure de bore est un bon lubrifiant aussi bien à basse qu'à haute température (jusqu'à 900 °C, même en atmosphère oxydante).
Le lubrifiant h-BN est particulièrement utile lorsque la conductivité électrique ou la réactivité chimique du graphite (lubrifiant alternatif) serait problématique.
Dans les moteurs à combustion interne, où le graphite pourrait être oxydé et se transformer en boues de carbone, le h-BN avec sa stabilité thermique supérieure peut être ajouté aux lubrifiants moteur.
Comme pour toutes les suspensions de nanoparticules, le tassement dû au mouvement brownien est un problème.
Le tassement peut obstruer les filtres à huile du moteur, ce qui limite les applications de lubrifiant solide dans un moteur à combustion à la course automobile, où la reconstruction du moteur est courante.
Étant donné que le carbone présente une solubilité appréciable dans certains alliages (tels que les aciers), ce qui peut entraîner une dégradation des propriétés, le nitrure de bore est souvent supérieur pour les applications à haute température et/ou haute pression.
Un autre avantage du h-BN par rapport au graphite est que la lubrification du nitrure de bore ne nécessite pas de molécules d’eau ou de gaz emprisonnées entre les couches.
Par conséquent, les lubrifiants h-BN peuvent être utilisés sous vide, par exemple dans les applications spatiales.
Les propriétés lubrifiantes du h-BN à grains fins sont utilisées dans les cosmétiques, les peintures, les ciments dentaires et les mines de crayon.
Le nitrure de bore hexagonal a été utilisé pour la première fois dans les cosmétiques vers 1940 au Japon.
En raison du prix élevé du nitrure de bore, le h-BN a été abandonné pour cette application.
L'utilisation du nitrure de bore a été revitalisée à la fin des années 1990 avec l'optimisation des processus de production de h-BN, et actuellement le h-BN est utilisé par presque tous les principaux producteurs de produits cosmétiques pour les fonds de teint, le maquillage, les ombres à paupières, les fards à joues, les crayons khôl, les rouges à lèvres et autres produits de soin de la peau.
En raison de leur excellente stabilité thermique et chimique, les céramiques et revêtements en nitrure de bore sont utilisés dans les équipements à haute température.
Le h-BN peut être inclus dans les céramiques, les alliages, les résines, les plastiques, les caoutchoucs et d'autres matériaux, leur conférant des propriétés autolubrifiantes.
Ces matériaux conviennent par exemple à la construction de roulements et à la fabrication de l'acier.
De nombreux dispositifs quantiques utilisent du h-BN multicouche comme matériau de substrat.
Le nitrure de bore peut également être utilisé comme diélectrique dans les mémoires à accès aléatoire résistives.
Le nitrure de bore hexagonal est utilisé dans le processus xérographique et les imprimantes laser comme couche barrière de fuite de charge du tambour photo.
Dans l'industrie automobile, le h-BN mélangé à un liant (oxyde de bore) est utilisé pour sceller les capteurs d'oxygène, qui fournissent un retour d'information pour ajuster le débit de carburant.
Le liant utilise la stabilité de température unique et les propriétés isolantes du h-BN.
Les pièces peuvent être fabriquées par pressage à chaud à partir de quatre qualités commerciales de h-BN.
La nuance HBN contient un liant d'oxyde de bore ; le nitrure de bore est utilisable jusqu'à 550–850 °C en atmosphère oxydante et jusqu'à 1600 °C sous vide, mais en raison de sa teneur en oxyde de bore, il est sensible à l'eau.
Le grade HBR utilise un liant borate de calcium et est utilisable à 1600 °C.
Les grades HBC et HBT ne contiennent pas de liant et peuvent être utilisés jusqu'à 3000 °C.
Les nanofeuilles de nitrure de bore (h-BN) peuvent être déposées par décomposition catalytique de la borazine à une température d'environ 1100 °C dans une configuration de dépôt chimique en phase vapeur, sur des surfaces allant jusqu'à environ 10 cm2.
En raison de leur structure atomique hexagonale, de leur faible discordance de réseau avec le graphène (~ 2 %) et de leur grande uniformité, ils sont utilisés comme substrats pour les dispositifs à base de graphène.
Les nanofeuilles de nitrure de bore sont également d’excellents conducteurs de protons.
Leur taux de transport de protons élevé, combiné à une résistance électrique élevée, pourrait conduire à des applications dans les piles à combustible et l'électrolyse de l'eau.
Le h-BN est utilisé depuis le milieu des années 2000 comme lubrifiant pour balles et alésages dans les applications de fusils de précision comme alternative au revêtement en bisulfure de molybdène, communément appelé « moly ».
On prétend que le nitrure de bore augmente la durée de vie effective du canon, augmente les intervalles entre les nettoyages de l'alésage et diminue l'écart du point d'impact entre les premiers tirs de l'alésage propre et les tirs suivants.
Le h-BN est utilisé comme agent de démoulage dans les applications de métal en fusion et de verre.
Par exemple, ZYP Coatings a développé et produit actuellement une gamme de revêtements h-BN pouvant être peints, utilisés par les fabricants d’aluminium fondu, de métaux non ferreux et de verre.
Étant donné que le h-BN n'est pas mouillant et lubrifiant pour ces matériaux en fusion, la surface revêtue (c'est-à-dire le moule ou le creuset) ne colle pas au matériau.
Nitrure de bore cubique :
Le nitrure de bore cubique (CBN ou c-BN) est largement utilisé comme abrasif.
L'utilité du nitrure de bore provient de son insolubilité dans le fer, le nickel et les alliages apparentés à haute température, tandis que le diamant est soluble dans ces métaux.
Les abrasifs polycristallins c-BN (PCBN) sont donc utilisés pour l'usinage de l'acier, tandis que les abrasifs diamantés sont préférés pour les alliages d'aluminium, la céramique et la pierre.
Au contact de l'oxygène à haute température, le BN forme une couche de passivation d'oxyde de bore.
Le nitrure de bore se lie bien aux métaux grâce à la formation de couches intermédiaires de borures ou de nitrures métalliques.
Les matériaux contenant des cristaux de nitrure de bore cubique sont souvent utilisés dans les outils de coupe.
Pour les applications de meulage, des liants plus mous tels que la résine, la céramique poreuse et les métaux mous sont utilisés.
Des liants céramiques peuvent également être utilisés.
Les produits commerciaux sont connus sous les noms de « Borazon » (par Hyperion Materials & Technologies) et « Elbor » ou « Cubonite » (par les fournisseurs russes).
Contrairement au diamant, de grandes pastilles de c-BN peuvent être produites dans un processus simple (appelé frittage) de recuit de poudres de c-BN dans un flux d'azote à des températures légèrement inférieures à la température de décomposition du nitrure de bore.
Cette capacité des poudres c-BN et h-BN à fusionner permet une production bon marché de grandes pièces en nitrure de bore.
Semblable au diamant, la combinaison dans le c-BN de la conductivité thermique et de la résistivité électrique les plus élevées est idéale pour les dissipateurs de chaleur.
Le nitrure de bore cubique étant constitué d'atomes légers et très robuste chimiquement et mécaniquement, il est l'un des matériaux les plus populaires pour les membranes à rayons X : sa faible masse entraîne une faible absorption des rayons X et ses bonnes propriétés mécaniques permettent l'utilisation de membranes minces, réduisant encore l'absorption.
Nitrure de bore amorphe :
Des couches de nitrure de bore amorphe (a-BN) sont utilisées dans certains dispositifs semi-conducteurs, par exemple les MOSFET.
Ils peuvent être préparés par décomposition chimique de la trichloroborazine avec du césium, ou par des méthodes de dépôt chimique en phase vapeur thermique.
Le CVD thermique peut également être utilisé pour le dépôt de couches de h-BN ou, à haute température, de c-BN.
Utilisations sur les sites industriels :
Le nitrure de bore est utilisé dans les produits suivants : lubrifiants et graisses, fluides de travail des métaux, polymères, produits de traitement de surface des métaux, produits de revêtement, produits de traitement de surface non métalliques, charges, mastics, plâtres, pâte à modeler, fluides hydrauliques, encres et toners, produits chimiques de laboratoire, produits chimiques et colorants pour papier et produits de soudage et de brasage.
Le nitrure de bore a une utilisation industrielle aboutissant à la fabrication d'une autre substance (utilisation d'intermédiaires).
Le nitrure de bore est utilisé dans les domaines suivants : formulation de mélanges et/ou reconditionnement et travaux de construction.
Le nitrure de bore est utilisé pour la fabrication de : produits minéraux (par exemple plâtres, ciment), machines et véhicules, produits en plastique, produits métalliques fabriqués, bois et produits du bois, pâte à papier, papier et produits en papier, produits en caoutchouc et meubles.
La libération de nitrure de bore dans l'environnement peut se produire lors d'une utilisation industrielle : dans les auxiliaires de traitement sur les sites industriels, dans la production d'articles, comme étape intermédiaire dans la fabrication ultérieure d'une autre substance (utilisation d'intermédiaires), comme auxiliaire de traitement et de substances dans des systèmes fermés avec une libération minimale.
Utilisations industrielles :
Agent lubrifiant
Agents anti-adhésifs
Agent déshydratant (dessiccant)
Remplisseurs
Autre (préciser)
Lubrifiants et additifs pour lubrifiants
Agents de tannage non spécifiés ailleurs
Utilisations grand public :
Le nitrure de bore est utilisé dans les produits suivants : lubrifiants et graisses, cosmétiques et produits de soins personnels.
D'autres rejets de nitrure de bore dans l'environnement sont susceptibles de se produire en raison de : l'utilisation en intérieur comme auxiliaire de traitement, l'utilisation en extérieur comme auxiliaire de traitement, l'utilisation en intérieur dans des systèmes fermés avec un rejet minimal (par exemple, les liquides de refroidissement dans les réfrigérateurs, les radiateurs électriques à huile) et l'utilisation en extérieur dans des systèmes fermés avec un rejet minimal (par exemple, les liquides hydrauliques dans les suspensions automobiles, les lubrifiants dans l'huile moteur et les liquides de freinage).
Autre:
Remplissage
Agent lubrifiant
Agent de transfert de chaleur
Remplisseurs
Promoteur d'adhésion/cohésion
Produit d'étanchéité (barrière)
Utilisations répandues par les travailleurs professionnels :
Le nitrure de bore est utilisé dans les produits suivants : lubrifiants et graisses, fluides hydrauliques et fluides de travail des métaux.
Le nitrure de bore est utilisé dans les domaines suivants : recherche et développement scientifiques.
La libération de nitrure de bore dans l'environnement peut se produire lors d'une utilisation industrielle : dans la production d'articles.
D'autres rejets de nitrure de bore dans l'environnement sont susceptibles de se produire en raison de : l'utilisation en intérieur comme auxiliaire de traitement, l'utilisation en extérieur comme auxiliaire de traitement, l'utilisation en intérieur dans des systèmes fermés avec un rejet minimal (par exemple, les liquides de refroidissement dans les réfrigérateurs, les radiateurs électriques à huile) et l'utilisation en extérieur dans des systèmes fermés avec un rejet minimal (par exemple, les liquides hydrauliques dans les suspensions automobiles, les lubrifiants dans l'huile moteur et les liquides de freinage).
Propriétés du nitrure de bore :
Propriétés physiques :
La structure partiellement ionique des couches de nitrure de bore dans le h-BN réduit la covalence et la conductivité électrique, tandis que l'interaction intercouche augmente, ce qui entraîne une dureté plus élevée du h-BN par rapport au graphite.
La délocalisation électronique réduite dans le BN hexagonal est également indiquée par l'absence de couleur du nitrure de bore et une large bande interdite.
Des liaisons très différentes – fortes et covalentes dans les plans basaux (plans où les atomes de bore et d’azote sont liés de manière covalente) et faibles entre eux – provoquent une forte anisotropie de la plupart des propriétés du h-BN.
Par exemple, la dureté, la conductivité électrique et thermique sont beaucoup plus élevées dans les plans que perpendiculairement à ceux-ci.
Au contraire, les propriétés du c-BN et du w-BN sont plus homogènes et isotropes.
Ces matériaux sont extrêmement durs, la dureté du c-BN en vrac étant légèrement inférieure et celle du w-BN encore plus élevée que celle du diamant.
Le c-BN polycristallin avec des tailles de grains de l'ordre de 10 nm aurait également une dureté Vickers comparable ou supérieure à celle du diamant.
En raison d'une bien meilleure stabilité à la chaleur et aux métaux de transition, le c-BN surpasse le diamant dans les applications mécaniques, telles que l'usinage de l'acier.
La conductivité thermique du nitrure de bore est parmi les plus élevées de tous les isolants électriques.
Le nitrure de bore peut être dopé de type p avec du béryllium et de type n avec du bore, du soufre, du silicium ou co-dopé avec du carbone et de l'azote.
Le nitrure de bore hexagonal et cubique sont des semi-conducteurs à large bande interdite avec une énergie de bande interdite correspondant à la région UV.
Si une tension est appliquée au h-BN ou au c-BN, il émet une lumière UV dans la plage de 215 à 250 nm et peut donc potentiellement être utilisé comme diodes électroluminescentes (LED) ou lasers.
On sait peu de choses sur le comportement de fusion du nitrure de bore.
Le nitrure de bore se dégrade à 2973 °C, mais fond à pression élevée.
Stabilité thermique :
Le nitrure de bore hexagonal et cubique (et probablement le w-BN) présentent des stabilités chimiques et thermiques remarquables.
Par exemple, le h-BN est stable à la décomposition à des températures allant jusqu'à 1 000 °C dans l'air, 1 400 °C sous vide et 2 800 °C dans une atmosphère inerte.
La stabilité thermique du c-BN peut être résumée comme suit :
Dans l'air ou l'oxygène : la couche protectrice de B2O3 empêche une oxydation supplémentaire jusqu'à ~1300 °C ; aucune conversion en forme hexagonale à 1400 °C.
Dans l'azote : une certaine conversion en h-BN à 1525 °C après 12 h.
Sous vide (10−5 Pa) : conversion en h-BN à 1550–1600 °C.
Stabilité chimique :
Le nitrure de bore n'est pas attaqué par les acides habituels, mais il est soluble dans les sels fondus et les nitrures alcalins, tels que LiOH, KOH, NaOH-Na2CO3, NaNO3, Li3N, Mg3N2, Sr3N2, Ba3N2 ou Li3BN2, qui sont donc utilisés pour graver le nitrure de bore.
Conductivité thermique :
La conductivité thermique théorique des nanorubans de nitrure de bore hexagonal (BNNR) peut approcher 1700–2000 W/(m⋅K), ce qui a le même ordre de grandeur que la valeur mesurée expérimentalement pour le graphène, et peut être comparable aux calculs théoriques pour les nanorubans de graphène.
De plus, le transport thermique dans les BNNR est anisotrope.
La conductivité thermique des BNNR à bords en zigzag est environ 20 % supérieure à celle des nanorubans à bords en fauteuil à température ambiante.
Propriétés mécaniques :
Les nanofeuilles de nitrure de bore sont constituées de nitrure de bore hexagonal (h-BN).
Ils sont stables jusqu'à 800°C à l'air.
La structure du nitrure de bore monocouche est similaire à celle du graphène, qui possède une résistance exceptionnelle, un lubrifiant à haute température et un substrat dans les appareils électroniques.
L'anisotropie du module de Young et du coefficient de Poisson dépend de la taille du système.
Le h-BN présente également une résistance et une ténacité fortement anisotropes et les maintient sur une gamme de défauts de lacunes, montrant que l'anisotropie est indépendante du type de défaut.
Présence naturelle du nitrure de bore :
En 2009, la forme cubique (c-BN) a été signalée au Tibet et le nom qingsongite a été proposé.
Du nitrure de bore a été trouvé dans des inclusions dispersées de la taille d'un micron dans des roches riches en chrome.
En 2013, l'Association minéralogique internationale a confirmé le minéral et le nom.
Synthèse du nitrure de bore :
Préparation et réactivité du nitrure de bore hexagonal :
Le nitrure de bore hexagonal est obtenu en traitant le trioxyde de bore (B2O3) ou l'acide borique (H3BO3) avec de l'ammoniac (NH3) ou de l'urée (CO(NH2)2) dans une atmosphère inerte :
B2O3 + 2 NH3 → 2 BN + 3 H2O (T = 900 °C)
B(OH)3 + NH3 → BN + 3 H2O (T = 900 °C)
B2O3 + CO(NH2)2 → 2 BN + CO2 + 2 H2O (T > 1000 °C)
B2O3 + 3 CaB6 + 10 N2 → 20 BN + 3 CaO (T > 1500 °C)
Le matériau désordonné (amorphe) résultant contient 92 à 95 % de nitrure de bore et 5 à 8 % de B2O3.
Le B2O3 restant peut être évaporé dans une deuxième étape à des températures > 1500 °C afin d'atteindre une concentration en nitrure de bore > 98 %.
Un tel recuit cristallise également le nitrure de bore, la taille des cristallites augmentant avec la température de recuit.
Les pièces en h-BN peuvent être fabriquées à moindre coût par pressage à chaud suivi d'un usinage.
Les pièces sont fabriquées à partir de poudres de nitrure de bore ajoutant de l'oxyde de bore pour une meilleure compressibilité.
Des films minces de nitrure de bore peuvent être obtenus par dépôt chimique en phase vapeur à partir de précurseurs de trichlorure de bore et d'azote.
ZYP Coatings a également développé des revêtements en nitrure de bore qui peuvent être peints sur une surface.
La combustion de poudre de bore dans un plasma d'azote à 5 500 °C produit du nitrure de bore ultrafin utilisé pour les lubrifiants et les toners.
Le nitrure de bore réagit avec le fluorure d'iode pour donner du NI3 avec un faible rendement.
Le nitrure de bore réagit avec les nitrures de lithium, les métaux alcalino-terreux et les lanthanides pour former des nitridoborates.
Par exemple:
Li3N + BN → Li3BN2
Intercalation de nitrure de bore hexagonal :
Diverses espèces s'intercalent dans le nitrure de bore hexagonal, telles que l'intercalate NH3 ou les métaux alcalins.
Préparation du nitrure de bore cubique :
Le c-BN est préparé de manière analogue à la préparation du diamant synthétique à partir de graphite.
La conversion directe du nitrure de bore hexagonal en forme cubique a été observée à des pressions comprises entre 5 et 18 GPa et à des températures comprises entre 1730 et 3230 °C, soit des paramètres similaires à ceux de la conversion directe graphite-diamant.
L’ajout d’une petite quantité d’oxyde de bore peut abaisser la pression requise à 4–7 GPa et la température à 1 500 °C.
Comme dans la synthèse du diamant, pour réduire encore les pressions et les températures de conversion, on ajoute un catalyseur, tel que le lithium, le potassium ou le magnésium, leurs nitrures, leurs fluoronitrures, de l'eau avec des composés d'ammonium ou de l'hydrazine.
D'autres méthodes de synthèse industrielles, toujours empruntées à la croissance du diamant, utilisent la croissance cristalline dans un gradient de température, ou onde de choc explosive.
La méthode des ondes de choc est utilisée pour produire un matériau appelé hétérodiamant, un composé ultra-dur de bore, de carbone et d'azote.
Le dépôt à basse pression de films minces de nitrure de bore cubique est possible.
Comme dans la croissance du diamant, le problème majeur est de supprimer la croissance des phases hexagonales (h-BN ou graphite, respectivement).
Alors que dans la croissance du diamant, cela est réalisé en ajoutant de l'hydrogène gazeux, le trifluorure de bore est utilisé pour le c-BN.
Le dépôt par faisceau ionique, le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, le dépôt par laser pulsé, la pulvérisation réactive et d'autres méthodes de dépôt physique en phase vapeur sont également utilisés.
Préparation du nitrure de bore wurtzite :
Le nitrure de bore Wurtzite peut être obtenu par des méthodes de choc statique à haute pression ou dynamique.
Les limites de la stabilité du nitrure de bore ne sont pas bien définies.
Le c-BN et le w-BN sont tous deux formés par compression du h-BN, mais la formation de w-BN se produit à des températures beaucoup plus basses proches de 1700 °C.
Statistiques de production :
Alors que les chiffres de production et de consommation des matières premières utilisées pour la synthèse du nitrure de bore, à savoir l'acide borique et le trioxyde de bore, sont bien connus (voir bore), les chiffres correspondants pour le nitrure de bore ne sont pas répertoriés dans les rapports statistiques.
On estime que la production mondiale pour 1999 sera de 300 à 350 tonnes.
Les principaux producteurs et consommateurs de nitrure de bore sont situés aux États-Unis, au Japon, en Chine et en Allemagne.
En 2000, les prix variaient d’environ 75 à 120 $/kg pour le h-BN de qualité industrielle standard et atteignaient environ 200 à 400 $/kg pour les grades de nitrure de bore de haute pureté.
Structure du nitrure de bore :
Le nitrure de bore existe sous de multiples formes qui diffèrent dans la disposition des atomes de bore et d'azote, donnant lieu à des propriétés massiques variables du matériau.
Forme amorphe (a-BN)
La forme amorphe du nitrure de bore (a-BN) est non cristalline et ne présente aucune régularité à longue distance dans la disposition de ses atomes.
Le nitrure de bore est analogue au carbone amorphe.
Toutes les autres formes de nitrure de bore sont cristallines.
Forme hexagonale (h-BN)
La forme cristalline la plus stable est la forme hexagonale, également appelée h-BN, α-BN, g-BN et nitrure de bore graphitique.
Le nitrure de bore hexagonal (groupe ponctuel = D3h ; groupe spatial = P63/mmc) a une structure en couches similaire au graphite.
Au sein de chaque couche, les atomes de bore et d'azote sont liés par de fortes liaisons covalentes, tandis que les couches sont maintenues ensemble par de faibles forces de van der Waals.
Le « registre » intercalaire de ces feuillets diffère cependant du modèle observé pour le graphite, car les atomes sont éclipsés, les atomes de bore se trouvant au-dessus et au-dessus des atomes d'azote.
Ce registre reflète la polarité locale des liaisons B–N, ainsi que les caractéristiques des donneurs N/accepteurs B intercouches.
De même, il existe de nombreuses formes métastables constituées de polytypes empilés différemment.
Par conséquent, le h-BN et le graphite sont des voisins très proches et le matériau peut accueillir du carbone comme élément substituant pour former des BNC.
Des hybrides BC6N ont été synthétisés, dans lesquels le carbone remplace certains atomes B et N.
La monocouche de nitrure de bore hexagonal est analogue au graphène, ayant une structure en nid d'abeille de presque les mêmes dimensions.
Contrairement au graphène, qui est noir et conducteur électrique, la monocouche h-BN est blanche et isolante.
Le nitrure de bore a été proposé pour être utilisé comme substrat isolant plat atomique ou comme barrière diélectrique à effet tunnel dans l'électronique 2D.
Forme cubique (c-BN) :
Le nitrure de bore cubique a une structure cristalline analogue à celle du diamant.
Comme le diamant est moins stable que le graphite, la forme cubique est moins stable que la forme hexagonale, mais le taux de conversion entre les deux est négligeable à température ambiante, comme pour le diamant.
La forme cubique a la structure cristalline de la sphalérite (groupe spatial = F43m), la même que celle du diamant (avec des atomes B et N ordonnés), et est également appelée β-BN ou c-BN.
Forme wurtzite (w-BN)
La forme wurtzite du nitrure de bore (w-BN ; groupe ponctuel = C6v ; groupe spatial = P63mc) a la même structure que la lonsdaléite, un polymorphe hexagonal rare du carbone.
Comme dans la forme cubique, les atomes de bore et d'azote sont regroupés en tétraèdres.
Sous la forme wurtzite, les atomes de bore et d'azote sont regroupés en cycles à 6 chaînons.
Dans la forme cubique, tous les anneaux sont dans la configuration de la chaise, tandis que dans w-BN, les anneaux entre les « couches » sont dans la configuration du bateau.
Des rapports optimistes antérieurs prédisaient que la forme wurtzite était très résistante, et une simulation estimait qu'elle avait potentiellement une résistance 18 % supérieure à celle du diamant.
Étant donné que seules de petites quantités de ce minéral existent dans la nature, cela n’a pas encore été vérifié expérimentalement.
La dureté du nitrure de bore est de 46 GPa, légèrement plus dure que les borures commerciaux mais plus douce que la forme cubique du nitrure de bore.
Informations générales sur la fabrication du nitrure de bore :
Secteurs de transformation industrielle :
Fabrication de matières plastiques et de résines
Fabrication de métaux primaires
Fabrication de produits informatiques et électroniques
Fabrication de produits en plastique
Autre (nécessite des informations supplémentaires)
Fabrication de peintures et de revêtements
Fabrication d'équipements de transport
Fabrication de tous les autres produits chimiques inorganiques de base
Fabrications diverses
Histoire du nitrure de bore :
L'histoire du nitrure de bore (BN) remonte au milieu du XIXe siècle, lorsqu'il a été synthétisé pour la première fois en 1842 par la réaction de l'acide borique avec du cyanure de potassium, bien que ses applications pratiques n'aient été réalisées que beaucoup plus tard.
Pendant des décennies, le nitrure de bore est resté une curiosité de laboratoire jusqu'à ce que les progrès de la science des matériaux au cours du 20e siècle mettent en évidence ses propriétés uniques.
Le développement du nitrure de bore hexagonal (h-BN) comme lubrifiant et isolant haute température a pris de l'ampleur dans les années 1940 et 1950, notamment pour une utilisation dans les industries aérospatiales et de défense.
En 1957, le nitrure de bore cubique (c-BN) a été synthétisé pour la première fois en soumettant le h-BN à une pression et une température élevées, une percée qui l'a positionné comme un matériau industriel clé en raison de sa dureté et de sa résistance à l'usure, rivalisant avec celles du diamant.
La découverte ultérieure des nanotubes de nitrure de bore (BNNT) en 1995 et les recherches ultérieures sur les feuilles de nitrure de bore bidimensionnelles ont suscité un intérêt considérable pour la nanotechnologie et les matériaux avancés.
Aujourd’hui, l’histoire du nitrure de bore reflète son évolution d’un simple composé à un matériau polyvalent essentiel aux applications dans l’électronique, la fabrication et l’innovation scientifique.
Manipulation et stockage du nitrure de bore :
Le nitrure de bore doit être manipulé avec précaution afin de minimiser la formation de poussière et l’inhalation.
Conservez-le dans un endroit frais, sec et bien ventilé, à l’écart des matières incompatibles comme les acides forts, les alcalis et les oxydants.
Conserver les contenants hermétiquement fermés et à l’abri des dommages physiques.
Éviter l’exposition directe à l’humidité pour maintenir la stabilité du matériau.
Réactivité et stabilité du nitrure de bore :
Le nitrure de bore est chimiquement stable dans des conditions normales d’utilisation et de stockage.
Il résiste à l’oxydation et ne réagit pas avec la plupart des acides, des bases ou des solvants organiques.
Cependant, il peut réagir avec des agents oxydants puissants sous des températures élevées.
Le nitrure de bore hexagonal est thermiquement stable, tandis que le nitrure de bore cubique peut se décomposer à des températures extrêmement élevées.
Aucune polymérisation dangereuse n’est attendue.
Mesures de premiers secours concernant le nitrure de bore :
Inhalation:
En cas d’inhalation, déplacer la personne concernée à l’air frais.
Si la respiration est difficile, administrez de l’oxygène et consultez un médecin.
Contact avec la peau :
Lavez la zone affectée avec de l’eau et du savon.
Retirer les vêtements contaminés.
Consulter un médecin si l’irritation persiste.
Contact visuel :
Rincer immédiatement les yeux avec beaucoup d’eau pendant au moins 15 minutes.
Retirer les lentilles de contact si elles sont présentes et faciles à faire.
Consultez un médecin si l’irritation persiste.
Ingestion:
Rincer la bouche avec de l'eau.
Ne pas faire vomir sauf avis contraire du personnel médical.
Consultez un médecin si des symptômes apparaissent.
Mesures de lutte contre l'incendie du nitrure de bore :
Le nitrure de bore est ininflammable et ne favorise pas la combustion.
En cas d'incendie impliquant du nitrure de bore :
Moyens d'extinction appropriés :
Utiliser de l’eau pulvérisée, un produit chimique sec, de la mousse ou du dioxyde de carbone (CO₂) pour éteindre l’incendie environnant.
Équipement de protection :
Les pompiers doivent porter un appareil respiratoire autonome (ARA) et des vêtements de protection pour éviter l’exposition aux produits de combustion.
Dangers :
Lors d’un incendie, des produits de décomposition tels que des oxydes de bore et des oxydes d’azote peuvent se former.
Mesures à prendre en cas de rejet accidentel de nitrure de bore :
Précautions personnelles :
Évitez de générer de la poussière.
Utilisez un équipement de protection individuelle (EPI) approprié, notamment des gants, des lunettes de sécurité et une protection respiratoire.
Confinement et nettoyage :
Balayer ou aspirer soigneusement le matériau pour éviter de disperser la poussière.
Placer dans un récipient approprié et étiqueté pour élimination conformément à la réglementation locale.
Éviter de rejeter du matériel dans l’environnement.
Contrôles d'exposition/équipement de protection individuelle au nitrure de bore :
Contrôles d'ingénierie :
Utiliser une ventilation par aspiration locale ou d’autres contrôles techniques pour maintenir les concentrations dans l’air en dessous des limites d’exposition recommandées.
Équipement de protection individuelle :
Protection respiratoire :
Utilisez un respirateur approuvé par le NIOSH si les limites d’exposition sont dépassées ou si une formation de poussière se produit.
Protection des yeux :
Portez des lunettes de sécurité ou des écrans faciaux.
Protection de la peau :
Utilisez des gants résistants aux produits chimiques et des vêtements de protection pour minimiser le contact.
Mesures d'hygiène :
Lavez-vous soigneusement les mains après manipulation et évitez de manger, de boire ou de fumer dans les zones où le nitrure de bore est manipulé.
Identificateurs du nitrure de bore :
Numéro CAS : 10043-11-5
ChEBI: CHEBI:50883
ChemSpider : 59612
Fiche d'information de l'ECHA : 100.030.111
Numéro CE : 233-136-6
Référence Gmelin : 216
MeSH : Elbor
PubChem CID: 66227
Numéro RTECS : ED7800000
UNII: 2U4T60A6YD
Tableau de bord CompTox (EPA) : DTXSID5051498
InChI : InChI=1S/BN/c1-2
Clé : vérification PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N
InChI=1S/B2N2/c1-3-2-4-1
Clé : AMPXHBZZESCUCE-UHFFFAOYSA-N
InChI=1S/B3N3/c1-4-2-6-3-5-1
Clé : WHDCVGLBMWOYDC-UHFFFAOYSA-N
InChI=1/BN/c1-2
Clé : PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYAL
SOURIRES : B#N
Numéro CAS : 10043-11-5
Nom chimique/IUPAC : Nitrure de bore
Numéro EINECS/ELINCS : 233-136-6
Référence COSING : 32211
Formule linéaire : BN
Numéro MDL : MFCD00011317
N° CE : 233-136-6
Numéro Beilstein/Reaxys : S/O
Pubchem CID: 66227
Nom IUPAC : azanylidyneborane
SOURIRES : B#N
Identifiant InchI : InChI=1S/BN/c1-2
Clé InchI : PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N
CAS: 10043-11-5
Formule moléculaire : BN
Poids moléculaire : (g/mol) 24,82
Numéro MDL : MFCD00011317
Clé InChI : LNLSXDSWJBUPHM-UHFFFAOYSA-N
PubChem CID: 66227
ChEBI: CHEBI:50883
SOURIRES : B=N
Propriétés du nitrure de bore :
Formule chimique : BN
Masse molaire : 24,82 g/mol
Aspect : Cristaux incolores
Densité : 2,1 g/cm3 (h-BN) ; 3,45 g/cm3 (c-BN)
Point de fusion : 2 973 °C (5 383 °F ; 3 246 K) sublimés (c-BN)
Solubilité dans l'eau : Insoluble
Mobilité électronique : 200 cm2/(V·s) (c-BN)
Indice de réfraction (nD) : 1,8 (h-BN) ; 2,1 (c-BN)
Formule composée : BN
Poids moléculaire : 24,82
Aspect : Poudre noire
Point de fusion : 2973 °C
Point d'ébullition : N/A
Densité : 2,1 g/cm3 (h-BN) ; 3,45 g/cm3 (c-BN)
Densité apparente : 0,3 g/cm3
Densité réelle : 2,25 g/cm3
Taille moyenne des particules : environ 70 nm
Surface spécifique : ~20 m2/g
Morphologie : presque sphérique
Solubilité dans H2O : Insoluble
Indice de réfraction : 1,8 (h-BN) ; 2,1 (c-BN)
Phase cristalline / structure : N/A
Résistivité électrique : 13 à 15 10x Ω-m
Coefficient de Poisson : 0,11
Chaleur spécifique : 840 à 1610 J/kg-K
Conductivité thermique : 29 à 96 W/mK
Dilatation thermique : 0,54 à 18 µm/mK
Module de Young : 14 à 60 GPa
Poids moléculaire : 24,82 g/mol
Nombre de donneurs de liaisons hydrogène : 0
Nombre d'accepteurs de liaisons hydrogène : 1
Nombre de liaisons rotatives : 0
Masse exacte : 25,0123792 Da
Masse monoisotopique : 25,0123792 Da
Surface polaire topologique : 23,8 Ų
Nombre d'atomes lourds : 2
Complexité : 10
Nombre d'atomes isotopiques : 0
Nombre de stéréocentres atomiques définis : 0
Nombre de stéréocentres d'atomes indéfinis : 0
Nombre de stéréocentres de liaison définis : 0
Nombre de stéréocentres de liaison indéfinis : 0
Nombre d'unités liées de manière covalente : 1
Le composé est canonisé : Oui
Spécifications du nitrure de bore :
Forme physique : Tige pressée à chaud
Quantité : 1 pièce.
Nom IUPAC : azanylidyneborane
Poids de la formule : 24,82
Pourcentage de pureté : 99,5 %
Emballage : Sac
Nom chimique ou matériau : nitrure de bore
Structure du nitrure de bore :
Structure cristalline : hexagonale, sphalérite, wurtzite
Thermochimie du nitrure de bore :
Capacité thermique (C) : 19,7 J/(K·mol)
Entropie molaire standard (S⦵298) : 14,8 J/K mol
Enthalpie standard de formation (ΔfH⦵298) : −254,4 kJ/mol
Énergie libre de Gibbs (ΔfG⦵) : −228,4 kJ/mol
Composés apparentés au nitrure de bore :
Arséniure de bore
Carbure de bore
Phosphure de bore
Trioxyde de bore
Noms du nitrure de bore :
Noms des processus réglementaires :
Nitrure de bore
Nitrure de bore
Nitrure de bore
Noms IUPAC :
azanylidyneborane
Boranylidynéamine
boranylidynéamine
Bornitride
Nitrure de bore
Nitrure de bore
Nitrure de bore
Nitrure de bore
Nitrure de bore
Nitrure de bore (III)
nitriloborane
Autres identifiants :
10043-11-5
1361021-23-9
1361021-37-5
165390-92-1
54824-38-3
56939-87-8
58799-13-6
60569-72-4
69071-29-0
69495-08-5
78666-05-4
