Бориды

соединения бора с металлами. Б. обладают физическими свойствами, характерными для веществ как металлического типа (возрастание коэффициента электрического сопротивления с повышением температуры, высокие значения электропроводности и теплопроводности, металлический блеск), так и неметаллического (с полупроводниковыми свойствами). Б. переходных металлов — промежуточный класс между интерметаллическими соединениями (типа бериллидов (См. Бериллиды)) и т. н. фазами внедрения. Характерная кристаллохимическая черта Б. — наличие в их структурах обособленных конфигураций из атомов бора. Химическая стойкость Б. определяется в основном силами связи бор — бор в решётках Б. и увеличивается с повышением содержания в них бора. Наибольшая химическая стойкость (по скорости гидролитического разложения) наблюдается у гексаборидов и додекаборидов. Большинство Б. устойчиво к кислотам, например на ТаВ₂ не действует даже кипящая царская водка.

Наибольшее распространение в технике получили дибориды — MeB₂. Самым важным показателем для этих материалов является изменение их основных свойств от температуры (рис.). В табл. 1 приведены важнейшие физические свойства некоторых Б. тугоплавких металлов. Большую группу образуют Б. редкоземельных металлов — лантанидов и близких к ним по свойствам скандия и иттрия. Из этой группы Б. наибольший интерес представляют гексабориды — MeB₆ (табл. 2). Структура гексаборидов имеет двойственный характер — кристаллическую решётку гексаборидов можно рассматривать как простую кубическую решётку атомов металла, центрированную октаэдром из атомов бора, или как кубическую решётку комплексов атомов бора, в центре которой свободно располагаются атомы металла. Б. имеют ничтожную пластичность и весьма высокую твёрдость (микротвёрдость 20—30 Гн/м²). Предел прочности на разрыв TiB₂ при пористости 2—3% составляет 380 Мн/м², при пористости 7—9% — 140 Мн/м² (1 Гн/м² = 100 кгс/мм²,1 Мн/м² = 0,1 кгс/мм²). Высокая жаропрочность этого диборида характеризуется сравнительно малой скоростью ползучести (при напряжении 90 Мн/м² скорость ползучести при температурах 1920, 2080 и 2270°С составляет 1, 5, 9,2 и 57мкм/минсоответственно). Модуль упругости, полученный на беспористых образцах путём измерения скорости продольных ультразвуковых колебаний для NbB₂ 650, TaB₂ 700, Mo₂B₅ 685 и W₂B₅ 790 Гн/м².

Табл. 1. — Физические свойства боридов тугоплавких металлов

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

|        |    |      | Молярная      |       | Удельное  | Температурный  |

|        |    | Температура | теплоёмкость | Теплопроводность | электрическое | коэффициент     |

| Диборид | Плотность,  | плавления,    | при 20°C,       | при 20°С, вт/м • К  | сопротивление | линейного   |

|        | г/см³    | °C  | кдж/кмоль •   | [кал/(см • сек •°С)] | при 20°C,  | расширения, 10  |

|        |    |      | К [кал/(моль • |       | мком • м   | ⁶α • °C^-1      |

|        |    |      | С°)]         |       |         |   |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Ti В₂      | 4,52     | 2980      | 54,5 [13,02]    | 24,3 [0,058]     | 0,20  | 9,5 (20-2000°C)   |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Zr В₂      | 6,09     | 3040      | 50,2 [12,0]      | 24,3 [0,058]     | 0,388        | 5,0 (20—     |

|        |    |      |       |       |         | 2000°C)       |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| HfB₂       | 11,2     | 3250      | 0,33 [0,08]      |       | 0,12  | 5,1(20—1000°C)  |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| VB₂        | 5,10     | 2400      |       |       | 0,19  | 7,5(20—1000°C)  |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Nb В₂     | 7,0       | 3000      |       | 16,7 [0,040]     | 0,32  | 7,9—8,3(20—     |

|        |    |      |       |       |         | 1100°C)       |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Та В₂     | 12,62          | 3100      | 30,4 [7,25]      | 106 [0,254]      | 0,37  | 5,6(20—1000°C)  |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Сг Вг₂    | 5,6       | 2200      | 51,2 [12,24]    | 22,2 [0,053]     | 0,57  | 11,1(20-1100°C)  |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Мо₂В₅    | 7,48     | 2200      | 128,7 [30,75]  | 26,8 [0,064]     | 0,18  |   |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| W₂B₅      | 13,10          | 2370      |       | 31,8 [0,076]     | 0,43  |   |

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Табл. 2. — Физические свойства гексаборидов редкоземельных металлов

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

|      |       |         | Температурный      | Удельное   | Температур-        | Коэф-    |       |       |

|      | Плот-     | Темпе-     | коэффициент  | электри-     | ный коэффи-       | фици-    | Термо-  | Рабо-     |

| Гекса-   | ность,   | ратура     | линейного       | ческое сопро-    | циент электри-     | ент        | ЭДС,     | та   |

| борид   | г/см³     | плав-       | расширения, 10⁶α  | тивление при     | ческого сопро-     | Холла    | мкв• °C^- | выхо-    |

|      |       | ления, °C | • °C^-1       | 20°C, мком•м    | тивления α_ρ•10³   | R• 10⁴    | ¹     | да, эв    |

|      |       |         |       |   | • °C^-1     | см³/к     |       |       |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| La B₆    | 4,73       | 2200        | 6,4  | 0,174  | 2,68      | -5,0       | 4,6        | 2,68       |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Се B₆    | 4,81       | 2190        | 7,3  | 0,605  | 1,0       | -4,2       | 1,1        | 2,93       |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| NdB₆     | 4,94       | 2540        | 7,3  | 0,28           | 1,93      | -4,4       | 8,7        | 3,97       |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Sm B₆   | 5,08       | 2580        | 6,8  | 3,88           | 4,2       | 1,54       | 3,4        | 4,4        |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Eu B₆    | 4,95       | 2600        | 6,9  | 0,85           | -0,90     | -50,2      | -17,7      | 4,9        |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| GdB₆    | 5,27       | 2510        | 8,7  | 0,515  | 1,40      | -4,39      | 0,1        | 2,05       |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| YbB₆     | 5,57       | 2370        | 5,8  | 0,365  | 2,34      | -83,6      | -25,5      | 3,13       |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| YB₆      | 3.76       | 2300        | 6,2  | 0,404  | 1,24      | -4,6       | 4,6        | 2,22       |

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Б. получают несколькими методами, важнейшими из которых являются: 1) восстановление окислов металлов смесью карбида бора с сажей по реакции: MeO + B₄C + С → МеВ + CO; 2) восстановление смесей окислов металлов с борным ангидридом сажей по реакции: MeO+B₂O₃ + С → MeB + CO; 3) магнийтермическим методом по реакции: MeOx + nBO_1,5 + (1,5n +х) Mg → MeB_n + (1,5n + x)∙MgO.

Из порошков Б. получают плотные изделия путём прессования с последующим спеканием, либо горячим прессованием. Б. широко применяются в технике. Благодаря эмиссионным свойствам они используются в радиоэлектронике, например из гексаборида лантана изготовляют катоды мощных генераторных устройств и приборов. Из-за высокого сечения захвата нейтронов Б. используются в ядерной технике в качестве материалов для регулирования и для защиты от ядерных излучений. Высокие твёрдость, износостойкость и шлифующая способность позволяют применять их в машиностроении и приборостроении. Способность некоторых Б. сохранять свои свойства в среде расплавленных металлов позволила, например, использовать Б. циркония в металлургии для изготовления наконечников термопар, что обеспечило возможность автоматического контроля температур стали в мартеновских печах. Перспективно применение Б. в виде высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон и нитевидных кристаллов для армирования композиционных материалов.

Лит.: Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, под ред. А. Т. Туманова и К. И. Портного, М., 1967; Самсонов Г. В., Тугоплавкие соединения. Справочник по свойствам и применению, М., 1963.

К. И. Портной.

Зависимость коэффициента линейного расширения диборидов от температуры.

Зависимость теплопроводности расширения диборидов от температуры.

Зависимость теплоёмкости диборидов от температуры.

БОРИДЫ - химические соединения бора с металлами. Кристаллы, очень твердые, тугоплавкие, жаростойкие. Компоненты твердых и жаропрочных сплавов, огнеупорных материалов, износостойких покрытий, катоды электронных приборов.

БОРИДЫ, ряд химических соединений, образованных реакцией между металлами и неметаллическим элементом БОРОМ. Получают при взаимодействии исходных компонентов при очень высокой температуре. Все они отличаются высокой твердостью и используются как абразивы и огнеупорные материалы.

соед. бора с металлами. Известны для большинства элементов подгрупп Ia-IIа и IIIб-VIIIб, а также А1; для нек-рых элементов подгрупп Iб-IIб известны бинарные системы с высоким содержанием В (напр., СuВ ₂₂, ZnB₂₂), к-рые относят не к хим. соединениям, а к твердым р-рам. Один металл может образовывать неск. Б. разного состава. Различают богатые металлом низшие Б. (М ₃ В, М ₂ В, М ₃ В ₂, MB, M₃B₄) и богатые бором высшие Б. (МВ ₂, МВ ₄, МВ ₆, МВ ₁₂ и др.).

Названия Б. включают название металла с приставкой, указывающей число атомов металла в ф-ле, и слово "борид" с обозначением числа атомов В, напр. W₂ В ₅ -пентаборид дивольфрама.

СВОЙСТВА БОРИДОВ МЕТАЛЛОВ

Взаимод. между атомами металла и бора в Б. относительно слабое, поэтому их структуру рассматривают как две слабо связанные подрешетки. Структура низших Б. определяется металлич. подрешеткой, высших - борной. В соединениях типа М ₄ В и М ₂ В атомы В изолированы друг от друга, в соединениях типа MB они образуют одинарные зигзагообразные цепи, в М ₃ В ₄ - сдвоенные цепи. По мере увеличения содержания В структура Б. существенно усложняется. Так, в МВ ₂ атомы В образуют плоские сетки, в МВ ₄ - гофрированные сетки и каркасы в виде окгаэдрич. группировок, в МВ ₆ - октаэдры, в МВ ₁₂ - кубооктаэдры и икосаэдры, в МВ ₆₆ - цепи икосаэдров. Гексаген, кристаллич. решетка характерна для МВ ₂ и МВ ₄, тетрагональная-для МВ ₂, MB и МВ ₄, кубическая - для М ₂ В, MB, MB₆, МВ ₁₂, МВ ₆₆, ромбическая-для М ₄ В, MB, M₃B₄, М ₄ В, МВ ₁₂.

В молекулах Б. борные группировки, в к-рых связь ВЧВ ковалентная, электронодефицитны; для их стабилизации необходимо привлечение электронов от атома металла. В результате между металлом и бором осуществляются связи промежут. типа: у Б. элементов III-VIII групп, отдающих более двух электронов, они частично металлические, в остальных случаях - частично ионные. С возрастанием содержания бора в пределах бинарной системы растет доля ковалентных связей ВЧВ и уменьшается взаимод. металл - бор, в результате чего повышаются твердость, т-ра плавления, теплопроводность и электрич. проводимость и уменьшается температурный коэф. линейного расширения. Одновременно возрастает хим. стойкость. Напр., при изменении состава от Nb₃B₂ до NbB₂ т-ра плавления увеличивается от 1860 до 3035

бори́ды

химические соединения бора с металлами. Кристаллы, очень твёрдые, тугоплавкие, жаростойкие. Компоненты твёрдых и жаропрочных сплавов, огнеупорных материалов, износостойких покрытий, катоды электронных приборов.

* * *

БОРИ́ДЫ, химические соединения бора с металлами. Кристаллы, очень твердые, тугоплавкие, жаростойкие. Компоненты твердых и жаропрочных сплавов, огнеупорных материалов, износостойких покрытий, катоды электронных приборов.

соединения бора с металлами. Наиболее употребимы днбориды и гексабориды. Применяются в качестве компонентов твёрдых и жаропрочных сплавов, высокотемпературных и огнеупорных материалов, высокоизносостойких покрытий и наплавок на деталях, изготовленных из сталей и чугунов, катодов мощных электронных приборов, абразивов, поглощающих материалов ядерных реакторов, резисторов.

м. мн. ч. хим.

boruri m pl

хим. соед. бора с металлами. Кристаллы, очень твердые, тугоплавкие, жаростойкие. Компоненты твёрдых и жаропрочных сплавов, огнеупорных материалов, износостойких покрытий, катоды электронных приборов.