• Более высокими физико-химическими свойствами обладает пиролитически осаждённый ВN и керамика на его основе. Она имеет более высокую плотность, (достигает теоретических значений) более высокое электросопротивление, более высокую прочность (s_изг = 200 МПа), более устойчива к агрессивным средам, коэффициент теплопроводности может достигать 122 Вт/м^.К, КЛТР 2 – 20 ^. 10^-6 К^-1. Применяется в качестве эффективной газонепроницаемой и вакуумплотной электроизоляции, высокотемпературного диэлектрика, контейнера для выращивания монокристаллов полупроводниковых соединений, в качестве защитных покрытий различных деталей, работающих в контакте с расплавами или агрессивными газами.

• 6.3.2.2. Нитрид алюминия.

• Нитрид алюминия АlN – единственное соединение азота с алюминием. Основным методом получения АlN является прямой синтез из простых веществ при температурах 800 – 1200 ^оС:

• 2Аl + N₂ = 2AlN.

Разработаны также методы получения AlN из Al₂O₃, галогенидов алюминия, гексафторалюмината аммония (NH₄)₃AlF_6..

Ренгеновская плотность AlN – 3270 кг/м³, энтальпия образования –320 Дж/моль, температура плавления (под давлением азота) 2400 ^оС. В обычных условиях AlN разлагается при 1900 – 2000 ^оС. Нитрид алюминия обладает твёрдостью по шкале Мооса = 9, по электрическим свойствам является диэлектриком, ширина запрещённой зоны в зависимости от чистоты продукта составляет от 3,8 до 5 эВ.

Ковалентный характер связи Аl – N является причиной трудной спекаемости порошков AlN. Для облегчения спекания в шихту добавляют оксиды щелочно-земельных или редко-земельных элементов. Это позволяет достигать высокой теплопроводности керамики – до 160 – 190 Вт/м^.К, а в особых случаях – до 240 – 260 Вт/м^.К. Это обеспечивает высокую стойкость керамики к термоударам.

Высокоплотная керамика из AlN в инертной атмосфере может эксплуатироваться до 1800^оС, на воздухе – лишь до 1300 – 1400 ^оС. Перспективным является применение керамики из AlN для изготовления подложек интегральных схем (ИС).

6.3.2.3. Керамика на основе нитрида кремния Si3n4

Si₃N₄ – единственное устойчивое в твёрдом состоянии соединение Si и N. Синтезируют нитрид кремния различными методами, в том числе прямым синтезом из простых веществ: 3Si + 2N₂ =Si₃N₄. Энтальпия образования = -750 Дж/моль.

Si₃N₄ образует 2 кристаллические модификации - a и b, обе принадлежат гексагональной системе, построены из тетраэдров. В керамическом производстве используется только a-модификация. Её рентгеновская плотность 3184 кг/м³, твёрдость по шкале Роквелла – 99. При нагревании выше ~ 1900 ^оС происходит сублимация Si₃N₄ . Теплопроводность кристаллов Si₃N₄ составляет ~25 Вт/м^.К, спечённой керамики - 10 Вт/м^.К, КЛТР керамики = 2,6^.10^-6 К^-1. Механические характеристики этой керамики имеют средние значения: модуль Юнга ~ 160 ГН/м², предел прочности при растяжении ~ 75МН/м², предел прочности на сжатие ~ 350 МН/м². Si₃N₄ обладает исключительно высокой химической стойкостью. Это определяет использование данной керамики в качестве агнтикоррозионного материала с высокой термической стойкостью, удовлетворительными механическими и теплофизическими свойствами, в частности, для изготовления многих деталей поршневых двигателей (цилиндры, поршни, детали шатунного механизма, крыльчатки турбокомпрессора, форкамеры, толкатели и др.), для изготовление многих деталей машин для литья алюминия под давлением.

6.3.3. Боридная керамика.

Бориды – это соединения бора с металлами общей формулой Ме_хВ_у. Синтезируют бориды обычно прямым взаимодействием бора с металлом при повышенных температурах, например, Тi +2B = TiB₂. Бориды, применяемые для изготовления керамики, представляют собой устойчивые, твёрдые и тугоплавкие соединения. Так, температура плавления TiB₂ составляет 2980 ^оС, ZrВ₂ – 3040, ТаВ₂ – 3000, НfВ₂ – 3250 ^оС. Следует учитывать при использовании боридной керамики её чувствительность к окислению при умеренных температурах (800 – 1200 ^оС). По отношению к другим реакционным средам бориды проявляют высокую химическую стойкость. Боридная керамика имеет достаточно высокий ТКЛР = (4,3 – 10,8)^.10^-6 К, твёрдость на уровне карбидов, удельную электропроводность 10⁶ - 10⁷ См/м и, соответственно, высокую теплопроводность. Это обусловлено металлическим характером связи. Более того, некоторые из боридов, например NbB, W₂B, МоВ, становятся сверхпроводниками при относительно высоких температурах. Высокая электропроводность такой керамики позволяет использовать её для изготовления скользящих контактов и в электронной промышленности. В тиглях из ТаВ, ТаВ₂ и ZrВ₂ можно плавить кальций, уран, изготавливать катоды и контейнеры для получения алюминия. Совершенно иная область применения боридной керамики связана с их каталитической активностью; примером может служить борид никеля, который является катализатором для получения водорода.