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先进陶瓷知识问答:氮化硼和碳化硼有什么区别?二氧化钛的工业应用有哪些?

先进陶瓷知识问答:氮化硼和碳化硼有什么区别?二氧化钛的工业应用有哪些? CERADIR先进陶瓷在线
2023-02-15
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导读:先进陶瓷材料问答知多少,都在CERADIR

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氮化硼和碳化硼有什么区别?


氮化硼是由氮原子和硼原子构成的晶体,除了常见的六方氮化硼(白石墨)外,还有立方氮化硼(CBN)、菱方氮化硼(RBN)、纤锌矿型氮化硼(WBN)等变体,科学家甚至还发现了与石墨烯性质类似的二维氮化硼晶体。

拓展阅读《氮化硼陶瓷材料的发展与应用

氮化硼粉

不同的氮化硼变体具有不同的特点和应用。白石墨具有的宽带隙、高热导率、高电阻率、高迁移率等特性引起了科学家的重视。特别是白石墨的衍生产品立方氮化硼,有望成为第三代半导体材料。有研究机构用氮化硼材料制成了高温半导体PN结器件,在650℃条件下能够正常工作。这就为制造能适应极端条件的电子器件拓展了视角,从而为半导体工业带来了新的希望。

用氮化硼材料制备能耐受高温、高频、大功率、高辐射等极端条件的电子器件,就有可能解决许多特殊场合的应用难题。近年来,氮化硼薄膜材料的制备已成为半导体材料的一个研究热点。由于氮化硼薄膜具有高硬度和抗热性,并且在从紫外到远红外的整个波段都具有高透过率,因此适合用作大功率激光器和探测器的窗口材料。

氮化硼纳米薄膜(左)、纳米管(右)结构示意图

碳化硼,别名黑钻石,化学式为B₄C,通常为灰黑色微粉。

碳化硼粉

是已知最坚硬的三种材料之一(仅次于金刚石和立方相氮化硼),用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。它的莫氏硬度约为9.5。

「碳化硼拥有比其他装甲材料更好的性能和重量比,但它很难制造。澳大利亚DMTC的项目成功地开发了一种独特的工艺,允许薄的、高度成形的、弯曲的陶瓷材料的近净成型。」

它在19世纪作为金属硼化物研究的副产品被发现,直到1930年代才被科学地研究。碳化硼可由电炉中用碳还原三氧化二硼制得。

碳化硼硬度高,可用于硬质合金、宝石等材料的磨削、研磨、钻孔及抛光材料。碳化硼耐高温性能好,可以作为军舰和直升机的陶瓷涂层。

「 碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素,因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂,而中子吸收剂主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反应炉场里主要是做成可控制的棒状,但有的时候会因为要增加表面积而把它制成粉末状。

1986年苏联切尔诺贝利核事故时,用直升机投下大量碳化硼和沙子以阻止反应堆内的链式反应进行。」

因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。在耐磨材料、陶瓷增强相,尤其在轻质装甲,反应堆中子吸收剂等方面使用。此外,和金刚石和立方氮化硼相比,碳化硼制造容易、成本低廉,因而使用更加广泛,在某些地方可以取代价格昂贵的金刚石、常见在磨削、研磨、钻孔等方面的应用。

Q from @匿名用户



二氧化钛的工业应用有哪些?


1.二氧化钛应用在自洁玻璃

纳米级别的二氧化钛(TiO2)具有优异的防雾性能。透明玻璃表面涂上一层TiO2,经紫外光照射后,TiO2会转变为超亲水状态。这就克服了水的表面张力,增加了水和玻璃之间的吸引力,使水滴形成均匀的水膜。均匀水膜若有似无,大大减少了光线的漫散射,从而保证镜子的高透明度,也就不容易起雾。

普通玻璃与自洁玻璃

此外,TiO2还有自清洁的特点。表面的超亲水性使附着在其表面的水分形成水膜,渗入污垢与二氧化钛之间的界面,使污垢的附着力大幅降低,在受到水流冲力作用时,污垢就能自动从表面剥离下来。

TiO2涂层在紫外光下(右侧)透明度大大提高 | Nature

2.二氧化钛应用在气体净化

环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化,从而使空气中这些物质的浓度降低,减轻或消除环境不适感。大气污染气体,主要是由汽车尾气与工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化合物。

推荐视频:《二氧化钛的光催化作用如何帮助我们改善生活

视频来源于德国光催化应用联合会, 对光催化对生活的影响进行了展示。

利用纳米TiO2的催化作用将这些气体氧化成蒸汽压低的硫酸和硝酸,在降雨过程中除去,从而达到降低大气污染的目的。在居室、办公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备,均可有效地降解污染物,净化室内空气。

3.二氧化钛应用在抗菌除臭

抗菌是指纳米TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用。TiO2光催化剂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有很强的杀菌能力。

当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时,TiO2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)能穿透细菌的细胞壁,破坏细胞膜质,进入菌体,阻止成膜物质的传输,阻断其呼吸系统和电子传输系统,从而有效地杀灭细菌,并抑制细菌分解有机物产生臭味物质(如H2S、SO2、硫醇等)。因此,纳米TiO2能净化空气,具有除臭功能。

拓展阅读:《抗菌陶瓷:健康卫生家居的新型产物

4.二氧化钛应用在化妆品

纳米TiO2具有粒径小,活性大,吸收紫外线的能力很强,良好的消色力、遮盖力、清晰的色调、无毒、无味和良好的易分散性等性质,决定纳米TiO2在化妆品领域具有重要的地位,被广泛地应用于化妆品中。纳米TiO2能稳定均匀地分散于化妆用品中,利用其对紫外线的吸收作用,可阻止高分子链的降解,减少自由基的发生,从而达到防日晒老化的效果。


Q from @匿名用户


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