硼化物（硼与金属形成的二元化合物）

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更新时间：2023-05-23
硼化物
硼与金属形成的二元化合物
硼与金属、某些非金属（如碳）形成的二元化合物。可用通式MmBn表示，一般为间充型化合物，不遵循化合价规则。除了锌（Zn）、镉（Cd）、汞（Hg）、镓（Ga）、铟（In）、铊（Tl）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）、铋（Bi）以外，其他金属都能形成硼化物。它们都是硬度和熔点很高的晶体，化学性质稳定，热的浓硝酸也不能将它溶解，可由元素直接化合，或用活泼金属还原氧化物制取，用作耐火、研磨和超导材料。
基本信息
中文名
硼化物
外文名
boride
特点
硬度和熔点很高
用途
金属陶瓷、航空、高温材料等
通式
MmBn
制备方法
直接化合法、金属热法等
收起
简要介绍
硼（B）是轻元素，与过渡族金属形成稳定的硼化物，其中熔点高的是与ⅣA族、ⅤA族和ⅥA族元素形成的化合物。硼化物的晶体结构是由硼原子的结构特点决定的。硼化物的化学稳定性是以ⅣA至ⅥA依次序逐渐下降，最稳定的硼化物有TiB、ZrB和HfB等。
人们对硼化物膜层的研究远不如氮化物和碳化物薄膜那么深入、充分。硬度上，硼化物与碳化物相当，有些还略高一点。这是因为硼化物的共价键程度比碳化物更高的缘故。但是，硼化物相当脆，它的惰性很强，化学性能稳定，因此它在某些领域中得到应用。如作防护涂层和硬质合金的涂层刀具。大多数的硼化物薄膜是用CVD法制备，但也有用反应溅射和直接溅射法制取硼化物薄膜。
晶体结构
在硼化物晶格中硼原子间形成以单键、双键、网络和空间骨架形式的结构单元。随着硼化物中硼相对含量的增加结构单元越加复杂。（如图所示）
硼原子在硼化物中的构形
一般来说，硼原子结构越复杂，越不易水解，而且抗氧化和抗氮化稳定性也越强。
在过渡金属硼化物中，金属原子和硼原子间的化学键是电子结合，这样硼原子转变为带正电的离子或原子骨架，同时硼原子之间还存在着共价键。
制备方法
制造难熔金属硼化物的主要方法是
①金属和硼在高温下直接化合其反应式为
Me+B—→MeB
②用碳还原金属氧化物和硼酐的混合物为
2MeO+BO+5C—→2MeB+5CO
③铝（硅、镁）热法，铝或硅、镁还原氧化物，使生成的金属和硼进一步相互作用为
MeO+BO+AI（Si，Mg）—→MeB+Al（Si，Mg）氧化物
④用碳化硼和碳还原金属氧化物为
4MeO+BC+3C—→4MeB+4CO
⑤用硼还原难熔金属氧化物为
xMeO+2xB—→xMeB+(BO)
主要类型
三溴化硼
产品简介：无色或稍带黄色的发烟液体，有强烈的刺激性臭味。临界温度300℃，折射率1.5312。
二硼化钛
产品简介：二硼化钛为灰白色六方形晶体或粉末，无味。其熔点2980℃，密度4.5～4.52，硬度（Hi）3600。它具有优良的抗氧化性及导电性能。平均粒径D=4～8μm。
二硼化铬
产品简介：熔点1760℃，抗氧化性能好，高温强度大。
六硼化钙
一、性质：
六硼化钙的分子式CaB，是黑灰色粉末，溶点为2235℃，相对密度（15℃）2.33g/cm ，硬度（莫氏）9，不溶于盐酸、氢氟酸、稀硫酸。不溶于水，能被氯、氟、硝酸及过氧化氢等氧化剂所侵蚀，与碱反应很慢。在常温下，空气中稳定不易燃。具有半导体性质和中子吸收性能、无毒性。
二、质量：
B≥55.5% Ca≥30% C≤8%
粒度：20#～60# 、20#～80# 、100# 、325#～400#或按客户要求生产
三、用途：
1、用作镁碳砖中防氧化剂；
2、用作白云石炭和镁白云石炭耐火材料的抗氧化、抗侵蚀和提高热态强度的含硼添加剂；
3、用作高导铜提高强度的脱氧除气剂和无氧铜、纯铜铸件的脱氧剂
4、用作核工业防中子的新型材料；
5、用作居礼温度900K的自旋电子组件用的新型半导体材料；
6、用作制造三氯化硼（BCl）和无定型硼的原料；
7、用作制造高纯度金属硼化物（TiB、ZrB、HfB等）以及高纯度硼合金（Ni-B、Co-B、Cu-B等）的原材料；
8、用作制造含触媒剂钙-硼氮化物（CaBN）和六方氮化物的混合物，用其生产性能优异的晶体立方氮化硼；
9、用作硼合金铸铁的脱硫除氧增硼剂；
10、用作硼钢的脱硫除氧增硼剂；
11、特殊钢材内的细晶剂。
性质与用途
硼化物具有高电导、高熔点、高硬度和高稳定性的特点：硼化物有比较高的热传导性和强度，所以热稳定性比较好，硼化物在高温下的抗氧化性能以第ⅣB族金属硼化物为最好。
硼化物溶于熔融的碱中，稀土和碱土金属的硼化物不受湿空气或稀盐酸的侵蚀，但溶于硝酸。几乎所有硼化物都具有金属的外观和性质，有高的电导和正的电阻温度系数。Ti，Zr，Hf的硼化物比其金属的导电性好。
硼化物的抗蠕变性很好，这对于要求材料在高温下长期工作，且能保持强度、抵抗变形、抵抗腐蚀、耐热冲击的燃气轮机、火箭等来说，硼化物具有十分重要的意义。以硼化物、碳化物、氮化物为基的各种合金或金属陶瓷，可用于制造火箭结构元件、航空装置元件、涡轮机部件、高温材料试验机的试样夹和仪器的部件、轴承和测量高温硬度用的锥头以及核能装置的某些构造件等。