שיטת ייצור בורון ניטריד

שיטת סינתזה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה
בשנת 1957, Wentorf סינתז לראשונה BN מעוקב באופן מלאכותי. כאשר הטמפרטורה קרובה או מעל 1700 מעלות והלחץ המינימלי הוא 11~12GPa, בורון ניטריד משושה טהור (HBN) הופך ישירות לבור ניטריד מעוקב (CBN). מאוחר יותר, אנשים גילו שהשימוש בזרזים יכול להפחית מאוד את טמפרטורת הטרנספורמציה והלחץ. זרזים נפוצים בשימוש הם: מתכות אלקליות ואדמה אלקליין, ניטרידים אלקליים ואדמה אלקליין, פלואורוניטרידי אדמה אלקליין, מלחי אמוניום בוראט ופלואורידים אנאורגניים. ביניהם, הטמפרטורה והלחץ הנדרשים למלח אמוניום בוראט כזרז הם הנמוכים ביותר. הלחץ הנדרש הוא 5GPa ב-1500 מעלות, וטווח הטמפרטורות הוא 600~700 מעלות כאשר הלחץ הוא 6GPa. ניתן לראות שלמרות שהוספת זרזים יכולה להפחית מאוד את טמפרטורת הטרנספורמציה והלחץ, הטמפרטורה והלחץ הנדרשים עדיין גבוהים יחסית. לכן, הציוד להכנתו מורכב והעלות גבוהה, והיישום התעשייתי שלו מוגבל.
שיטת סינתזת אדים כימית
בשנת 1979, סוקולובסקי השתמש בהצלחה בטכנולוגיית פלזמה דופק להכנת סרט בורון ניטריד מעוקב (CBN) בטמפרטורה נמוכה ובלחץ נמוך. הציוד בו נעשה שימוש פשוט והתהליך קל ליישום, ולכן הוא התפתח במהירות. הופיעו מגוון שיטות של שקיעת אדים. באופן מסורתי, זה מתייחס בעיקר לשקיעת אדים כימיים תרמית. מכשיר הניסוי מורכב בדרך כלל מצינור קוורץ עמיד בחום וממכשיר חימום. ניתן לחמם את המצע על ידי תנור חימום (CVD קיר חם) או על ידי חימום אינדוקציה בתדר גבוה (CVD קיר קר). גז התגובה מתפרק על פני המצע בטמפרטורה גבוהה, ובמקביל מתרחשת תגובה כימית להפקדת הסרט. גז התגובה הוא תערובת של BCl3 או B2H4 ו-NH3.
שיטת סינתזה הידרותרמית
שיטה זו משתמשת במים כמדיום תגובה בסביבת תגובה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה בחיטוי, כך שבדרך כלל מתמוססים חומרים בלתי מסיסים או בלתי מסיסים, וניתן גם לגבש את התגובה מחדש. לטכנולוגיה הידרותרמית שני מאפיינים. האחת היא הטמפרטורה הנמוכה יחסית שלו, והשנייה היא שהיא מתבצעת במיכל סגור כדי למנוע הנידוף של רכיבים. כשיטת סינתזה בטמפרטורה נמוכה ובלחץ נמוך, היא משמשת לסינתזה של בורון ניטריד מעוקב בטמפרטורה נמוכה.
שיטת סינתזה תרמית של בנזן
כשיטת סינתזה של ננו-חומר בטמפרטורה נמוכה שהופיעה בשנים האחרונות, סינתזה תרמית בנזן זכתה לתשומת לב רחבה. בשל המבנה המצומד היציב שלו, בנזן הוא ממס מצוין לסינתזה תרמית ממס. לאחרונה, הוא פותח בהצלחה לטכנולוגיית סינתזה תרמית בנזן, כגון נוסחת התגובה:
BCl3+Li3N→BN+3LiCl
או BBr3+Li3N→BN+3LiBr
טמפרטורת התגובה היא רק 450 מעלות. טכנולוגיית הסינתזה התרמית של בנזן יכולה להכין פאזות גרא-יציבות שניתן להשיג רק בתנאים קיצוניים ומתקיימים בלחץ גבוה במיוחד בטמפרטורות ולחצים נמוכים יחסית. שיטה זו מממשת הכנת בורון ניטריד מעוקב בטמפרטורה נמוכה ולחץ נמוך. עם זאת, שיטה זו נמצאת עדיין בשלב המחקר הניסיוני והיא שיטת סינתזה בעלת פוטנציאל יישום רב.
טכנולוגיה להפצה עצמית
האנרגיה הדרושה מסופקת חיצונית כדי לגרום לתגובה כימית אקסותרמית מאוד. המערכת מגיבה מקומית ליצירת חזית תגובה כימית (גל בעירה). התגובה הכימית ממשיכה במהירות עם תמיכה בחום המשתחרר מעצמו, וגל הבעירה מתפשט בכל המערכת. למרות ששיטה זו היא שיטת סינתזה אנאורגנית מסורתית, היא דווחה רק בשנים האחרונות עבור סינתזה של בורון ניטריד.
טכנולוגיית סינתזה תרמית של פחמן
שיטה זו משתמשת בחומצה בורית כחומר גלם, בפחמן כחומר מפחית, ובגז אמוניה לניטריד על פני השטח של סיליקון קרביד להשגת בורון ניטריד. המוצר הינו בטוהר גבוה ובעל ערך יישום רב להכנת חומרים מרוכבים.
טכנולוגיית הקרזת קרן יונים
באמצעות טכנולוגיית שקיעת קרן חלקיקים, מתקבל תוצר מעורב של בורון ניטריד מעוקב ובור ניטריד משושה. למרות שבשיטה זו יש פחות זיהומים, קשה לשלוט במורפולוגיה של המוצר בגלל הקושי בשליטה בתנאי התגובה. עדיין יש פוטנציאל גדול לפיתוח שיטה זו.
שיטת הפחתה בהשראת לייזר
שימוש בלייזר כמקור אנרגיה חיצוני כדי לגרום לתגובת החיזור בין מבשרי התגובה, ולשלב B ו-N ליצירת בורון ניטריד, אך שיטה זו משיגה גם שלב מעורב. [5]