Bór-nitrid előállítási módszer

Magas hőmérsékletű és nagynyomású szintézis módszer
1957-ben Wentorf először mesterségesen szintetizált köbös BN-t. Ha a hőmérséklet közel van 1700 fokhoz vagy magasabb, és a minimális nyomás 11-12 GPa, a tiszta hatszögletű bór-nitrid (HBN) közvetlenül alakul át köbös bór-nitriddé (CBN). Később az emberek azt találták, hogy a katalizátorok használata nagymértékben csökkentheti az átalakulás hőmérsékletét és nyomását. Általánosan használt katalizátorok: alkáli- és alkáliföldfémek, alkáli- és alkáliföldfém-nitridek, alkáliföldfém-fluor-nitridek, ammónium-borátsók és szervetlen fluoridok. Ezek közül a legalacsonyabb az ammónium-borát só, mint katalizátor hőmérséklete és nyomása. A szükséges nyomás 5 GPa 1500 fokon, és a hőmérsékleti tartomány 600-700 fok, ha a nyomás 6 GPa. Látható, hogy bár katalizátorok hozzáadásával nagymértékben csökkenthető az átalakulási hőmérséklet és nyomás, a szükséges hőmérséklet és nyomás még így is viszonylag magas. Ezért az elkészítéséhez szükséges berendezések összetettek és költségesek, ipari alkalmazása korlátozott.
Kémiai gőzszintézis módszer
1979-ben Sokolowski sikeresen alkalmazott impulzusplazma technológiát köbös bór-nitrid (CBN) film előállítására alacsony hőmérsékleten és alacsony nyomáson. Az alkalmazott berendezések egyszerűek és a folyamat könnyen kivitelezhető, így gyorsan fejlődött. Különféle gőzleválasztási módszerek jelentek meg. Hagyományosan főként termikus kémiai gőzleválasztásra utal. A kísérleti berendezés általában egy hőálló kvarccsőből és egy fűtőberendezésből áll. Az aljzat felmelegíthető fűtőkemencével (forrófalú CVD) vagy nagyfrekvenciás indukciós fűtéssel (hidegfalú CVD). A reakciógáz a magas hőmérsékletű hordozó felületén lebomlik, és ezzel egyidejűleg kémiai reakció megy végbe a film lerakódásával. A reakciógáz BCl3 vagy B2H4 és NH3 keveréke.
Hidrotermikus szintézis módszer
Ez a módszer egy autoklávban magas hőmérsékletű, nagynyomású reakciókörnyezetben vizet használ reakcióközegként, így általában oldhatatlan vagy oldhatatlan anyagokat oldanak fel, és a reakció átkristályosítható. A hidrotermikus technológiának két jellemzője van. Az egyik a viszonylag alacsony hőmérséklete, a másik pedig az, hogy zárt tartályban végzik, hogy elkerüljék az összetevők elpárolgását. Alacsony hőmérsékletű és alacsony nyomású szintézis módszerként köbös bór-nitrid alacsony hőmérsékleten történő szintetizálására szolgál.
Benzol termikus szintézis módszere
Az elmúlt években megjelent alacsony hőmérsékletű nanoanyag-szintézis módszereként a benzol termikus szintézise széles körű figyelmet kapott. Stabil konjugált szerkezetének köszönhetően a benzol kiváló oldószer az oldószeres termikus szintézishez. A közelmúltban sikeresen fejlesztették benzol termikus szintézis technológiájává, mint például a reakcióképlet:
BCl3+Li3N→BN+3LiCl
vagy BBr3+Li3N→BN+3LiBr
A reakcióhőmérséklet mindössze 450 fok. A benzol termikus szintézis technológiája olyan metastabil fázisokat tud előállítani, amelyek csak extrém körülmények között érhetők el, és ultramagas nyomáson, viszonylag alacsony hőmérsékleten és nyomáson léteznek. Ez a módszer köbös bór-nitrid előállítását valósítja meg alacsony hőmérsékleten és alacsony nyomáson. Ez a módszer azonban még kísérleti kutatási szakaszban van, és nagy alkalmazási potenciállal rendelkező szintézis módszer.
Önszaporító technológia
A szükséges energiát kívülről biztosítják egy erősen exoterm kémiai reakció előidézéséhez. A rendszer lokálisan reagál és kémiai reakciófrontot (égési hullámot) képez. A kémiai reakció az önmaga által felszabaduló hő hatására gyorsan lezajlik, és az égési hullám szétterjed a rendszerben. Bár ez a módszer egy hagyományos szervetlen szintézis módszer, a bór-nitrid szintézisére csak az elmúlt években számoltak be.
Szén termikus szintézis technológia
Ez a módszer bórsavat használ nyersanyagként, szenet redukálószerként, és ammóniagázt használ nitriddé a szilícium-karbid felületén, hogy bór-nitridet kapjon. A termék nagy tisztaságú és nagy alkalmazási értékkel rendelkezik kompozit anyagok előállításához.
Ionsugár porlasztásos technológia
Részecskesugár-porlasztásos leválasztási technológia alkalmazásával köbös bór-nitrid és hatszögletű bór-nitrid vegyes terméket kapunk. Bár ez a módszer kevesebb szennyeződést tartalmaz, a termék morfológiája nehezen szabályozható a reakciókörülmények szabályozásának nehézségei miatt. Ennek a módszernek a fejlesztésében még nagy lehetőségek rejlenek.
Lézer indukált redukciós módszer
A lézert külső energiaforrásként használva a reakció prekurzorai közötti redoxreakció indukálására, valamint B és N kombinálásával bór-nitrid képződik, de ezzel a módszerrel vegyes fázist is kapunk. [5]