Metody otrzymywania azotku boru

Azotek boru

Azotek boru to nieorganiczny związek chemiczny, w którego skład wchodzi bor i azot. Azotek boru, podobnie jak diament, wykazuje właściwości półprzewodnikowe. Ponadto istnieje heksagonalny azotek boru, odznaczający się strukturą zbliżoną do struktury grafitu – przede wszystkim pod względem właściwości. Jedną z polimorficznych odmian azotku boru jest borazon – , bardzo twardy materiał ścierny, wykazujący znaczną odporność chemiczną, stosowany m.in. do obróbki żelaza.

Otrzymywanie azotku boru

Azotek boru powstaje w wyniku połączenia tlenku boru oraz azotu atmosferycznego. Reakcja zachodzi w bardzo wysokiej temperaturze i wymaga obecności katalizatora w postaci Ca3(PO4)2. Alternatywnie, zamiast azotu może być wykorzystany amoniak. Istnieją różne metody otrzymywania azotku boru. Wszystkie rozwiązania, z wyłączeniem bezpośredniej syntezy pierwiastków, opierają się przede wszystkim na wytworzeniu wysokoenergetycznego wiązania bor-azot. W dalszej kolejności następuje pirolityczne odczepienie pozostałych atomów lub ich grup od produktu pośredniego. Metodami uzyskiwania azotku boru, które zasługują na zainteresowanie, jest m.in. azotowanie amoniakiem lub azotem produktów reakcji tlenowych związków boru ze związkami organicznymi, w których składzie znajduje się azot. Reagentamy, które w tym przypadku są najczęściej wykorzystywane, to nade wszystko mocznik, melamina, dwucyjanodwuamid oraz aminy. Niekiedy dodatkowo stosowany jest azotek wapniowców, traktowany jako katalizator.

Metoda ta nie wymaga skomplikowanej aparatury i jest stosunkowo prosta pod względem technologicznym. Niski jest również koszt surowców. Należy jednak podkreślić, że jakość uzyskanego produktu nie jest idealna – mierna czystość i niedokładnie uporządkowana struktura, choć tę kwestię w znaczny sposób może rozwiązać prasowanie. Otrzymany w ten sposób azotek boru to produkt turbostratyczny, a nadanie mu struktury heksagonalnej wymaga rekrystalizacji, którą można wykonać poprzez ogrzewanie pod ciśnieniem. Kolejną metodą jest synteza tlenowych związków boru oraz nieorganicznych związków azotujących. W tym przypadku najczęściej stosowane są cyjanki metali alkalicznych oraz cyjanamidki wapniowców. Na uwagę zasługuje również azotowanie tlenku boru znajdującego się na nośniku lub w stopionych solach za pomocą amoniaku. Nośnikiem w tym przypadku najczęściej jest MeO, MeCOj lub Me3/P04/2, gdzie Me = Mg, Ca lub Ba. Funkcję soli stopionych najczęściej pełnią chlorki wapniowców, potasowców lub amonu, natomiast nośnikami katalizującymi mogą być rozkładające się w wyniku zachodzących reakcji chemicznych borany cynku i kadmu. Dzięki tej technologii można uzyskać produkt o znacznej czystości i dobrej strukturze, nadający się do wykorzystania w wielu dziedzinach, należy jednak podkreślić, że uzyskany w ten sposób azotan boru to produkt trudny w prasowaniu.

Tlenowe związki boru mogą być również azotowane azotem lub amoniakiem. W tym przypadku konieczna jest jednak obecność reduktorów, do których należą m.in. węgiel i magnez. Istnieje również piroliza produktów stanowiących efekt reakcji estrów lub halogenków boru z amoniakiem oraz piroliza lotnych związków boroorganicznych, do których należy m.in. B-trójchloroborazol – technologia ta umożliwia uzyskanie borku azotu o bardzo wysokiej jakości, a tym samym doskonałej jakości. Proces ten jest jednak kosztowny, gdyż wymaga użycia drogich surowców, poddawanych dodatkowo specjalnemu czyszczeniu. Kosztowna jest także aparatura służąca do realizacji zadania. Zaletą tej technologii jest bez wątpienia jakość produktu finalnego, czyli azotki boru o strukturze porównywalnej ze strukturą monokryształu. Azotowanie azotem lub amoniakiem, podobnie jak synteza tlenowych związków boru i nieorganicznych związków azotujących, to technologie, które praktycznie nie znajdują zastosowania głównie ze względu na wysoką toksyczność substratów oraz słabej czystości produktów. Są to metody niewymagające pod względem aparaturowym oraz technologicznym, jednakże nie gwarantują oczekiwanych efektów.