Nitrure de bore

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Nitrure de bore
Structure cristalline du nitrure de bore
Structure cristalline du nitrure de bore
Identification
Nom UICPA Nitrure de bore
No CAS 10043-11-5
No EINECS 233-136-6
Apparence solide blanc
Propriétés chimiques
Formule brute BN  [Isomères]
Masse molaire[1] 24,818 ± 0,007 g/mol
B 43,56 %, N 56,44 %,
Propriétés physiques
fusion 2 6002 800 °C
Masse volumique 3,49 g·cm-3
Conductivité thermique 20 à 170 W·m-1·K-1 à 20 °C
Thermochimie
S0solide 14,77 J·K-1·mol-1
ΔfH0solide 476,98 kJ·mol-1
Cp 800 à 2 000 J·K-1·g-1
Propriétés électroniques
Mobilité électronique 200 cm2/(V·s) (cBN)
Cristallographie
Symbole de Pearson hP4\, [2]
Classe cristalline ou groupe d’espace P63mc, (no 186) [2]
Strukturbericht B12[2]
Précautions
Directive 67/548/EEC
Irritant
Xi



Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le nitrure de bore est un composé chimique du bore et de l'azote, de formule chimique brute BN (nombre égal d'atomes de chaque élément). Le nitrure de bore est isoélectronique avec le carbone et, comme ce dernier, existe sous plusieurs formes polymorphiques, dont l'une est analogue au diamant et l'autre au graphite. La forme diamant est l'un des matériaux les plus durs connus et la forme graphite est un lubrifiant apprécié. De plus, ces deux polymorphes possèdent des propriétés d'absorption radar[3].

Nitrure de bore rhomboédrique[modifier | modifier le code]

Nitrure de bore cubique[modifier | modifier le code]

Applications[4][modifier | modifier le code]

Le nitrure de bore cubique (noté CBN ou c-BN d'après le mot anglais) est largement utilisé comme un abrasif[5]. Son utilité résulte de son insolubilité dans le fer, le nickel et les alliages de ces métaux à de hautes températures, tandis que le diamant est soluble dans ces métaux pour donner des carbures. 

Les abrasifs à base de nitrure de bore cubique polycristallin (noté PCBN) sont donc utilisés pour usiner l'acier, tandis que ceux à base de diamant le sont plutôt pour les alliages d'aluminium, les céramiques et les roches. Quand le nitrure de bore est en contact avec l'oxygène à de hautes températures, il forme une couche de passivation d'oxyde de bore. 

Le nitrure de bore se lie facilement avec des métaux, en raison de la formation d'inter-couches de borures ou de nitrures métalliques. Les matériaux contenant des cristaux de nitrure de bore cubiques sont souvent utilisés dans les plaquettes de coupe des outils de coupe. 

Pour les applications de broyage, des liants plus doux tels que de la résine, de la céramique poreuse et des métaux mous sont utilisés. Il existe des produits commerciaux connus sous les noms de "Borazon" (par Diamond Innovations) et "Elbor" ou "Cubonite" (marchands russes). 

Comme pour le diamant,  la combinaison d'une haute conductivité thermique et résistivité électrique dans le nitrure de bore cubique le rend idéal pour les distributeurs ou dissipateurs de chaleur. 

Comme le nitrure de bore cubique se compose d’atomes légers et qu'il est très robuste chimiquement et mécaniquement, c'est un des matériaux populaires comme membranes radiographiques : sa faible masse fait qu'il n'absorbe qu’une faible partie des rayons X et ses bonnes propriétés mécaniques permettent l'utilisation de membranes minces, réduisant ainsi encore l'absorption.

Nitrure de bore hexagonal[modifier | modifier le code]

De couleur blanche, le nitrure de bore hexagonal, désigné couramment par h-BN, est utilisé pour ses propriétés tribologiques et thermiques. Dans le domaine de la fonderie, on utilise généralement ce produit afin de revêtir les filières. Les huiles de fonderie concurrencent cette utilisation. Il est généralement revêtu à l'aide d'un aérosol ou d'un pinceau. Cette couche permet la lubrification du produit. h-BN n'est pas mouillé par la plupart des métaux en fusion, les verres et les sels et a donc une grande résistance aux attaques chimiques. Sa tenue aux chocs thermiques et aux hautes températures en font un matériau idéal.

On l'utilise également pour ses propriétés tribologiques dans le domaine du laminage, du tréfilage et du profilage.

Préparation et réactivité du nitrure de bore hexagonal h-BN[6] [modifier | modifier le code]

Le nitrure de bore BN est produit synthétiquement. Il est obtenu par réaction entre le trioxyde de bore  B2O3, ou l’acide borique B(OH)3, avec l'ammoniac NH3, ou l'urée CO(NH2)2 sous atmosphère azotée[7] :

B2O3 + 2 NH3 → 2 BN + 3 H2O (T = 900 °C)

B(OH)3 + NH3 → BN + 3 H2O (T = 900 °C)

B2O3 + CO(NH2)2 → 2 BN + CO2 + 2 H2O (T > 1000 °C)

B2O3 + 3 CaB6 + 10 N2 → 20 BN + 3 CaO (T > 1500 °C)

Le nitrure de bore (amorphe) désordonné résultant contient 92-95 % de nitrure de bore BN et 5-8 % de B2O3. Le B2O3 restant peut être évaporé dans une deuxième étape à température supérieure à 1 500 °C afin de concentrer le BN à 98%. Un tel recuit cristallise aussi BN, la taille des cristallites augmentant avec la température de recuit[8]. Le nitrure de bore réagit avec le fluorure d'iode dans le trichlorofluorométhane à −30 °C pour produire, avec un rendement faible, le triiodure d’azote NI3 un explosif extrêmement sensibles.

Autres propriétés[modifier | modifier le code]

Propriétés
Propriétés mécaniques
Dureté ≈ 9.5 Mohs (2 pour

la structure hexagonale)

Module d'Young 20-35 GPa(pour la structure hexagonale)
Résistance à la flexion 500 - 570 MPa (élevée)
Propriétés électriques
Constante diélectrique 4,3 εr
Résistivité électrique à 20 °C 1011 à 1014 Ohm.cm
Résistance diélectrique 40 à 200 kV.mm-1
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. a, b et c (en) « The BN (B12) Crystal Structure », sur http://cst-www.nrl.navy.mil/ (consulté le 17 décembre 2009)
  3. (en) Silberberg, Martin S. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change, Fifth Edition. New York: McGraw-Hill, 2009. p. 483
  4. Traduction du paragraphe 5.2 Cubic boron nitride de l'article anglais.
  5. (en) Robert H. Todd, Dell K. Allen and Leo Alting, Manufacturing Processes Reference Guide, Industrial Press Inc.,‎ , 43–48 p. (ISBN 0-8311-3049-0, lire en ligne)
  6. Traduction du paragraphe 4.1 Preparation and reactivity of hexagonal BN de l'article anglais.
  7. S. Rudolph, « Boron Nitride (BN) », American Ceramic Society Bulletin, vol. 79,‎ , p. 50 (lire en ligne)
  8. « Synthesis of Boron Nitride from Oxide Precursors »,‎ (consulté le 6 juin 2009)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]