Le nitrure de bore, avec ses deux formes cristallines, alpha et bêta, est sous de nombreux aspects semblable au carbone avec ses formes graphite et diamant. Par exemple, le nitrure de bore bêta est élaboré selon le même procédé que le diamant synthétique et est le deuxième matériau de plus dur après le diamant.
Données physico-chimiques
Données atomiques
| Formule |
Masse molaire |
Structures cristallines |
| BN |
24,82 g.mol-1 |
- h-BN : hexagonale de paramètres : a = 0,251 nm, c = 0,670 nm
- c-BN : cubique, de type diamant de paramètre a = 0,3615 nm
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Données physiques
| Masse volumique |
Dureté |
Température de sublimation |
Solubilité dans l’eau |
- forme hexagonale : 2,1 g.cm-3
- forme cubique : 3,45 g.cm-3
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- forme hexagonale : 2
- forme cubique : 9,5
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3 000°C |
- froide : insoluble
- chaude : légère décomposition
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Données thermodynamiques
Nitrure de bore cristallisé :
- Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -254,5 kJ.mol-1
- Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -228,5 kJ.mol-1
- Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 14,8 J.K-1mol-1
- Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 19,7 J.K-1mol-1
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Nitrure de bore gazeux :
- Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 647,7 kJ.mol-1
- Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 614,7 kJ.mol-1
- Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 212,2 J.K-1mol-1
- Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 29,5 J.K-1mol-1
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Données industrielles
De formule BN, le nitrure de bore se présente sous deux variétés principales : alpha et bêta.
BN alpha
De structure hexagonale de type graphite (surnommé pour cette raison : graphite blanc).
Élaboration industrielle :
Peut être obtenu à 300°C à partir de borate de sodium traité par du chlorure d’ammonium, vers 1000°C par action de l’ammoniac sur le trichlorure de bore ou par réaction entre l’oxyde de bore et le diazote, en présence de carbone, vers 1600°C.
Production :
La production mondiale est de 300 à 500 t/an.
Propriétés :
- Très bon isolant électrique (meilleur que l’alumine) et bon conducteur de la chaleur, comme un métal.
- Facile à usiner.
- Possède des propriétés lubrifiantes supérieures à celles du graphite, à haute température.
- Non mouillé par de nombreux métaux liquides (Al, Cu, Na…), le silicium et les chlorures alcalins.
Utilisations : Dans des applications à hautes températures.
- La principale utilisation (60-70 t/an) est la production de composés intermétalliques TiB2/BN, destinés à élaborer des creusets pour la métallisation sous vide de plastiques et de verres.
- Gaines de thermocouples, supports de résistances, creusets pour fusion de verres, silicium…
- Éléments de pompes pour le pompage de métaux liquides.
- Lubrifiant à haute température : moules de fonderie, tréfilage, joints…
- Utilisé en cosmétique, en substitution du talc.
- Précurseur pour la fabrication du BN bêta (15 à 20 t/an avec un rendement de 5 à 10 %).
BN bêta
De structure cubique de type diamant.
Élaboration : comme celle du diamant synthétique, sous haute pression (62 kbar), à haute température (1400 à 2400°C), en présence de catalyseurs. Les producteurs de nitrure de bore cubique sont également producteurs de diamants synthétiques (voir le chapitre correspondant). La production mondiale est de quelques tonnes par an.
Propriétés et utilisations : c’est après le diamant, le corps le plus dur. Il est plus stable à la chaleur et résiste mieux aux chocs que le diamant. Il est utilisé comme abrasif.
Bibliographie
- American Ceramic Society Bulletin, juin 1997.
- Applications industrielles des composés du bore, Informations Chimie, n°178, juin 1978.