8.2.2. Нитриды бора и кремния

Бор и кремний часто рассматривают как неметаллы, однако нитриды бора и кремния во многом аналогичны нитридам других металлов. Нитриды этих элементов образуются при их взаимодей­ствии с аммиаком или азотом, а также при разложении соединений элементов с аминогруппой по реакциям

B(NH₂)₃→ BN + 2NH₃;

3Si(NH₂)₄ → Si₃N₄ + 8NH₃.

Последний метод применяется в промышленности для произ­водства нитридов щелочных металлов.

Нитрид BN можно получать, пропуская через трубу, нагретую до 775.... 1 275 К, смесь парообразных ВС1₂, NH₃ и водорода. В целях повышения полноты протекания реакции через трубу пропускаетсязатем азот в течение часа при температуре 1 275 К. В результате по­лучается продукт, содержащий 99,4 % BN. Аналогичным образом, используя SiCl₄, можно получить Si₃N₄.

Si₃N₄ нашел применение в промышленности в качестве связую­щего в огнеупорных материалах на основе карбида кремния. Ис­пользование нитрида кремния как связующего в изделиях из карбида кремния дает ряд преимуществ по сравнению с широко распростра­ненной связкой - окисью алюминия. Эти преимущества заключаются в более высокой теплопроводности, в также в том, что из карбида кремния со связующим из нитрида кремния можно изготовлять изде­лия сложной конфигурации с более точными размерами.

Кристаллическая структура нитрида BN аналогична структу­ре графита, то есть она относится к гексагональной типа В12. Па­раметры кристаллической решетки BN: а = 2,51 ± 0,02 А и с = 6,70 ± 0,04 Л. Вследствие близости по кристаллической структуре BN, так же как и графит, имеет жирную на ощупь поверхность.

Благодаря очень высокому удельному сопротивлению при повышен­ных температурах (1 900 Ом.см при 2 275 К) BN с успехом применяется для тепловой изоляции в индукционных печах. Его используют также для окрашивания форм в производстве электроизоляторов высокого напря­жения, которые должны иметь сильно развитую (20 000...40 000 см²г^-1) и одновременно гладкую поверхность, для покрытия огнеупорных изоля­торов в аппаратах автоматической сварки, для создания подложек, на которых производится спекание изделий из борных порошков.

Обычно BN входит в состав наконечников электродов в игнит­ронах, его можно использовать как теплоустойчивую смазку благо­даря чешуйчатой (графитовой) структуре.

8.2.3. Нитриды бериллия и алюминия

У нитридов бериллия и алюминия очень сходные химические свойства. Оба можно получить путем прокаливания чистых металлов в атмосфере азота или аммиака.

Сведений о нитриде алюминия значительно больше, чем о нит­риде бора. Нитрид алюминия образуется при нагревании на возду­хе до температуры 1 725... 1 835 К смеси углерода и тонко измельчен­ной окиси алюминия или боксита:

А1₂О₃ + 3С + N₂ →2A1N+ 3СО.

Во время последующей обработки продукта реакции водой выделяется аммиак:

A1N + ЗН₂0 → А1(ОН)₃ + NH₃

Аналогично нитриду алюминия нитрид бериллия Be₃N₂, устой­чив на воздухе и очень медленно разлагается в кипящей воде. Оба нитрида легко окисляются при температуре 1 275 К.

При температуре плавления (2 475 К) Be₃N₂ начинает разла­гаться, причем упругость диссоциации достигает 1 атм. при темпе­ратуре около 2 673 К. Из-за разложения Be₃N₂ его температура плав­ления была измерена только в атмосфере азота. A1N плавится при температуре около 2 473 К. Упругость диссоциации его достигает 14 мм. рт. ст. при температуре 2 123...2 173 К.

В зависимости от температуры Be₃N₂ и A1N можно получить в аморфной или кристаллической форме. Благодаря высокой упруго­сти диссоциации эти нитриды могут быть использованы для транспирационного охлаждения.