Bornitrid

Strukturformel
Allgemeines
Name	Bornitrid
Andere Namen	keine
Summenformel	BN
CAS-Nummer	10043-11-5[1]
Kurzbeschreibung	farbloser Feststoff
Eigenschaften
Molare Masse	24,83 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,27 g·cm−3 (α-BN)(hexagonal) 3,48 g·cm−3 (β-BN)(kubisch)
Schmelzpunkt	2700 °C[1]
Löslichkeit	unlöslich in Wasser[1]
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung Xi Reizend R- und S-Sätze R: 36/37[1] S: 26-36[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Bornitrid, chemische Formel BN, ist eine Bor-Stickstoff-Verbindung, die hauptsächlich in zwei Modifikationen vorkommt. Das kubische β-Bornitrid liegt in der von der Diamantstruktur abgeleiteten Zinkblende-Struktur vor und ist ein Hartstoff mit einer Härte etwas unterhalb der von Diamant.

Das kubisches Bornitrid (c-BN) wurde 1957 erstmals synthetisiert, es ist der zweithärteste Werkstoff nach dem Diamant.^[2] Es wurde durch General Electric unter dem Namen Borazon eingetragen. Erst in den letzten 15 Jahren hat sich die kommerzielle Produktion von c-BN etabliert.

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Herstellung

Zur Herstellung von hexagonalem Bornitrid kann Boroxid B₂O₃ mit elementarem Stickstoff N₂ umgesetzt werden, die Reaktion wird bei hohen Temperaturen unter Katalyse von Kalziumphosphat Ca₃(PO₄)₂ durchgeführt. Anstelle von Stickstoff kann auch Ammoniak NH₃ oder eine Ammoniumverbindung eingesetzt werden. Dabei entsteht die (weiße)α-Modifikation. Die β-Form lässt sich daraus durch Erhitzen auf ca. 1750 °C bei hohem Druck von 70.000 bar in Gegenwart von Li₃N gewinnen.

Pyrolytisches Bornitrid

Dem β-Bornitrid sehr verwandt ist das pyrolytische Bornitrid, das mit pBN oder PBN abgekürzt wird. Wegen der geringen Ausgasung auch bei hohen Temperaturen werden Tiegel aus pBN als Effusionszellen in der Molekularstrahlepitaxie eingesetzt.

Sonstige Verwendung

Technisch bedeutend ist β-Bornitrid (CBN) vor allem als Schleifmittel und als Schneidstoff für Wendeschneidplatten zur Bearbeitung von Stahl, da es – im Gegensatz zum Diamanten – unter Temperatureinwirkung keinen Kohlenstoff an Stahl abgeben kann (Carbide). Aus demselben Grund wird es auch zur Oberflächenbeschichtung eingesetzt. Es kristallisiert in der diamantähnlichen Zinkblende-Struktur. Bornitrid ist zwar etwas weniger hart als Diamant, seine Härte nimmt jedoch bei steigender Temperatur nicht so schnell ab, so dass Diamant unter Hitzeeinwirkung mit Bornitrid geschliffen werden kann. Unter Normalbedingungen weist Bornitrid eine Härte von ca. 48 Gigapascal auf (Diamant zwischen 70 und 100 Gigapascal).

Die graphitähnliche hexagonale Modifikation des Bornitrids (α-Bornitrid) wird als Schmiermittel eingesetzt („anorganischer“ oder „weißer Graphit“). Im Gegensatz zu Graphit bleibt der Reibungskoeffizient von hexagonalem Bornitrid bis über 1000 °C stabil, weshalb es als Hochtemperaturfestschmierstoff unter Vakuum sehr gut geeignet ist. Bei hoher Temperatur (1400–1800 °C) und hohem Druck (>6 GPa) wandelt sich die hexagonale in die kubische Modifikation um, analog zur Umwandlung von Graphit in Diamant. Beide Bornitrid-Modifikationen sind farblos und leiten keinen Strom.

Bornitrid wurde für die Raumfahrtindustrie entwickelt; man stellt daraus Tiegel für geschmolzene Metalle her. Außerdem sorgt es dafür, dass sich gewöhnliche Kosmetika seidig auf der Haut anfühlen.

Sicherheitshinweise

Bornitrid ist im Sinne der EG-Richtlinien kein gefährlicher Stoff und nicht kennzeichnungspflichtig. Es wird als nicht wassergefährdend eingestuft.

Quellen

1. ↑ ^{a b c d e} Sicherheitsdatenblatt (alfa-aesar)
2. ↑ Borazon-CNB