Бориды - Самсонов Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
5
Стремление к образованию атомами бора в боридах «^-гибридных конфигураций, являющихся носителями твердости и хрупкости, в значительной степени определяет твердость и хрупкость большинства боридов. Однако их твердость и хрупкость меньше, чем у соответствующих карбидов, так как в структурных элементах из атомов бора обычно комбинируются Sp3- и менее прочные sp2 (а иногда и еще менее прочные s2p-, sp-) -конфигурации, в то время как для атомов углерода в карбидах наиболее характерна $р3-гибридизация.
Образование ковалентно связанных структурных элементов из атомов бора в боридах при наличии электронов проводимости атомов металлов вызывает уменьшение решеточного рассеяния носителей тока и высокую электропроводность боридов, иногда более высокую, чем у соответствующих металлов.
В то же время наличие структурных элементов из атомов бора, упрочняющих решетку, приводит К относительно умеренным значениям коэффициента термического расширения, высокой тугоплавкости, химической инертности.
Наряду с боридами — соединениями бора с более электроположительными элементами периодической системы — большой научный и практический интерес представляют его соединения с более электроотрицательными элементами— неметаллами, а также в целом с s-, р-элементами. В этом случае образуются преимущественно ковалентные соединения, химическая связь в которых определяется сложными типами гибридизации, в конечном счете направленными на формирование максимальной локализации валентных электронов в sp3- и $2/76-конфигурации. К числу таких соединений относятся, в частности, карбиды, нитриды, фосфиды, халькогениды бора, соединения бора с кремнием, алюминием. Эти соединения формально не могут быть названы боридами, однако элементы общности построения химической связи, определяющее значение в ней бора, а также их высокая тугоплавкость позволяют рассматривать Их вместе с собственно боридами.
Все соединения ,бора, кроме характерных особенностей элект; ронного строения и кристаллических структур, объединяются также тем замечательным свойством, что бор обладает способностью сильно поглощать нейтроны (изотоп 10B и в меньшей степени природная смесь изотопов). Это обусловливает использование соединений бора для изготовления регулирующих стержней реакторов, а также биологической защиты от нейтронного излучения. Особое значение в этом отношении имеют карбид и нитрид бора, а также некоторые бориды металлов.
Бориды и другие тугоплавкие соединения бора находят все более широкое использование в промышленности и технике. Высокая твердость позволяет применять их как абразивы, обеспечивающие при обработке пластичных металлов и сплавов более высокую чистоту поверхности, чем шлифование синтетиче-
6
ским алмазом; давно известен и применяется как абразив кар» бид бора, а в последние годы — кубическая модификация нитрида бора (боразон или кубонит) и особенно гексагональная вюрцитная модификация нитрида бора — гексанит, обладающий наряду с высокой твердостью также известной пластичностью. Последнее свойство позволяет изготовлять из гексанита также ¦высокоэффективные режущие и другие металлообрабатывающие инструменты.
Высокая жаропрочность некоторых боридов делает их перспективными компонентами жаропрочных сплавов, особенно .композиционных материалов, армированных боридными волокнами илиі дисперсноупрочненных боридами.
Широко известны огнеупорные свойства некоторых боридов, особенно диборида циркония и керметов на его основе, отличающихся высокой стойкостью против действия расплавленных сталей, чугунов и других металлов и сплавов, что позволяет изготовлять из боридов защитные чехлы термопар я собственно термопары, а также различные футеровочные, электродные и иные подобные материалы и детали металлургических печей.
Еще более цшроко распространено-ждользование боридов-лантаноидов в электронике (особенно гексаборида лантана) в связи с их низкой работой выхода, высокими плотностями снимаемых токов и стойкостью против ионной бомбардировки.
Бориды никеля и некоторые другие бориды успешно используются в качестве катализаторов в процессах гидрирования и иных реакциях органического синтеза.
Важную роль играют бориды при создании поверхностных покрытий на железе, сталях, тугоплавких металлах; такие покрытия отличаются высокой износостойкостью, коррозионной стойкостью и прочностью удержания на основном металле.
Диэлектрические свойства неметаллических тугоплавких соединений бора используются в технике высоких температур, плазменных устройствах, в электротехнике и электронике.
Бориды и другие подобные соединения бора представляют удобные и довольно простые объекты для изучения электронного строения и химической связи, необходимого для постепенного приближения к решению задач создания тугоплавких материалов с заранее заданными свойствами.
Все это вызвало широкие исследования боридов и неметаллических соединений бора как в СССР, так и за рубежом. Исследования были начаты у нас в стране в Московском институте цветных металлов и золота им. М. И. Калинина (Г. А. Меер-сон, Г. В. Самсонов, Р. Б. Котельников), ГИПХ (Л. Я. Марковский, В. С. Нешпор), ФХИ им. Л. Я- Карпова (Б. Ф. Op-монт, В. А. Эпельбаум) в послевоенные годы и затем получили значительное развитие в Институте проблем материаловедения АН УССР, ВИАМ (К. И. Портной), Институте новых химических проблем АН СССР (М. И. Айвазов), ИМЕТ им. А. А. Бай-
