Qu’est-ce que le nitrure de bore ?
Le nitrure de bore est un cristal incolore ignifuge.
Il s’agit d’un composé inorganique composé de bore et d’azote, dont la formule chimique est BN, le poids moléculaire 24,82 et le numéro d’enregistrement CAS 10043-11-5. Comme il possède une structure isoélectronique avec le carbone, il a de nombreuses propriétés en commun.
Structure du nitrure de bore
Il existe trois allotropes principaux de nitrure de bore : le h-BN hexagonal (α-BN), le c-BN cubique (β-BN) et le w-BN cubique (γ-BN).
1. Système hexagonal (h-BN)
Le système hexagonal est la forme cristalline la plus stable et est également connu sous le nom de “h-BN”, “α-BN”, “g-BN” et “nitrure de bore graphitique”. Le nitrure de bore hexagonal (groupe ponctuel = D6h, groupe spatial = P63/mmc) présente une structure en couches similaire à celle du graphite. Dans chaque couche, les atomes de bore et d’azote sont liés par de fortes liaisons covalentes. Toutefois, les couches sont maintenues ensemble par de faibles forces de van der Waals.
2. Système cubique (c-BN)
La structure cristalline du nitrure de bore cubique est similaire à celle du diamant. Tout comme le diamant est moins stable que le graphite, les cristaux cubiques sont moins stables que les cristaux hexagonaux. Ils ont la même structure cristalline de sphalérite (atomes B et N ordonnés) que le diamant. Il est également connu sous le nom de “β-BN” ou “c-BN”.
3. Type wurtzite (w-BN)
Le nitrure de bore de type wurtzite (w-BN, groupe ponctuel = C6v, groupe spatial = P63mc) a la même structure que la lonsdaléite, un polymorphe hexagonal rare du carbone. Dans la forme wurtzite, les atomes de bore et d’azote sont groupés en anneaux à six chaînons. En revanche, dans la forme cubique, tous les anneaux sont disposés en forme de chaise, tandis que dans le w-BN, les anneaux intercalaires sont disposés en forme de bateau. Sa dureté est de 46 GPa, légèrement supérieure à celle des borures commerciaux et inférieure à celle du nitrure de bore cubique.
Propriétés du nitrure de bore
1. Propriétés physiques
Le nitrure de bore présente une résistance à la chaleur si élevée qu’il peut être utilisé sans problème jusqu’à des températures de 1 500 °C dans le vide et d’environ 2 200 °C dans une atmosphère inerte. Il présente également une excellente résistance aux chocs thermiques grâce à son faible coefficient de dilatation thermique et à sa bonne conductivité thermique. En raison de ces caractéristiques, les compacts de nitrure de bore sont utilisés comme céramiques à haute conductivité thermique avec une conductivité thermique proche de celle de l’acier.
2. Autres caractéristiques
Le nitrure de bore se caractérise également par son extrême stabilité vis-à-vis des produits chimiques inorganiques et organiques, ainsi que par son excellente résistance à la corrosion. C’est également un excellent isolant et il sert de matériau isolant pour les hautes fréquences.
Utilisations du nitrure de bore
La nitrure de bore est largement utilisée comme charge pour les feuilles de résine dissipatrice de chaleur et les substrats dissipateurs de chaleur en raison de ses excellentes propriétés de conductivité thermique et d’isolation électrique.
Comme il s’agit également d’un matériau présentant une excellente résistance à la chaleur et à la corrosion, ainsi que d’excellentes propriétés de lubrification et de démoulage, il est également utilisé comme additif dans diverses matrices. Parmi les exemples d’utilisations spécifiques, citons les additifs pour divers matériaux dissipateurs de chaleur, les graisses, les additifs pour huiles et les additifs pour lubrification à haute température. Il sert également de matériau de démoulage résistant à la chaleur pour divers métaux et verres, ainsi que de matériau de revêtement protecteur pour les métaux en fusion.
On peut également retrouver le nitrure de nore dans les produits cosmétiques de maquillage et les écrans solaires. Il permet d’améliorer le toucher et le traitement de surface.
Autres informations sur le nitrure de bore
Processus de fabrication du nitrure de bore
Le nitrure de bore est formé en chauffant du borax et de l’ammoniaque ou de l’acide borique ou du borate et du chlorure d’ammonium ou du cyanure de métal alcalin. À l’état cristallin, le nitrure de bore a l’aspect d’une écaille et est glissant le long de ses couches. En revanche, il est exfoliant sous sa forme compactée.
Précautions de manipulation et de stockage
Les précautions de manipulation et de stockage sont les suivantes :
- Fermer hermétiquement les récipients et les stocker dans un endroit sec, frais et sombre.
- L’utiliser uniquement à l’extérieur ou dans des zones bien ventilées.
- Éviter tout contact avec des agents oxydants puissants.
- Porter des gants et des lunettes de protection lors de l’utilisation.
- Se laver soigneusement les mains après manipulation.
- En cas de contact avec la peau, laver-la avec de l’eau et du savon.
- En cas de contact avec les yeux, rincer-les soigneusement à l’eau pendant plusieurs minutes.