• 硼的用途及应用领域



• 硼的应用简介

• 硼的优良特性决定了硼可以广泛应用于建材、冶金、机械、化工、医药、农业、电器、航天航空工业以及核工业等领域。目前硼的用途超过 300 种，并且仍有新用途不断研发出来。当前硼主要应用于：玻璃工业、陶瓷工业、洗涤剂和农用化肥，以上四个领域的消费量约占全球硼消费量的 3/4。随着科技的发展，硼资源的不断开发，硼在现代工业发展中具有越来越重要的作用。金属百科将硼的主要应用归纳如下：
• 

• 轻工(建材)

• 硼酸盐、硼化物是搪瓷、陶瓷、玻璃的重要组分，具有良好的耐热耐磨性，其作用是增加玻璃的紫外线透射率，提高玻璃的透明度和耐热性能，调高表面光洁度，使瓷釉不易脱落且具有光泽。硼酸，硼酸锌可用于防火纤维的绝缘材料，是很好的阻燃剂，也应用于漂白、媒染等方面；偏硼酸钠用于织物漂白。此外，硼及其化合物可用于油漆干燥剂，焊接剂，造纸工业含汞污水处理剂等。硼酸可作防腐消毒剂、熏蒸剂、皮革后处理剂，还可用于制造防火材料、肥皂、染料、颜料等。
• 玻璃纤维制造业是硼最主要的终端用途，约为硼消费量的 1/3。硼酸钠是绝缘玻璃纤维制造的关键成分，它可以降低玻璃的熔点，还可以提高玻璃的绝缘性能。硼酸盐在多根连续玻璃纤维丝织物生产中也具有重要作用，氧化硼可以降低液态玻璃的温度，提高透明度。它还能减弱液态玻璃的表面张力，使其表面更加平滑。
• 硼硅酸盐玻璃消费了10%的氧化硼产量。添加了硼酸盐的玻璃提高了抗热性能和机械强度，还提高了抗水蚀和化学侵蚀的性能。由于近年来塑料和钢化玻璃等替代产品的出现，硅酸盐玻璃的发展逐渐趋于缓慢。
• 制造洗涤剂是硼的重要用途之一，尤其在欧洲。由于替代产品(过碳酸钠)的出现，这个市场近年来面临着严峻的竞争。

• 冶金

• 硼及其化合物也是冶金工业的助溶剂和冶炼硼铁硼钢的原料，加入硼化钛、硼化锂、硼化镍，可以冶炼耐热的特种合金。
• 由于硼在高温时特别活泼，容易与氮、氧作用，因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性，含硼添加剂可以改善冶金工业中烧结矿的质量，降低熔点、减小膨胀，提高强度硬度。

• 机械

• 硼可以增加钢的硬度，因此硼铁、硼硅、硼铝、硼镍等广泛用于炼制合金结构钢、弹簧钢、低合金高强度钢、耐热钢、不锈钢等。硼可提高铸铁的韧性、耐磨性，含硼铸铁广泛用于汽车、拖拉机、机床等制造业。

• 化工(电器)

• 单质硼用作良好的还原剂，氧化剂，溴化剂，有机合成的掺合材料，高压高频电及等离子弧的绝缘体，雷达的传递窗等。

• 航天航空

• 由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质，可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料（如火箭燃料，火箭发动机的组成物及高温润滑剂）。硼纤维强度高(室温下断裂强度达2744-3430MPa)、弹性模量高(39200-411600MPa)，是优良的增强材料。硼纤维与金属(铝、镁、钛等)、各种树脂(环氧树脂、聚月先胺等)和陶瓷制成的复合材料，是优良的高温结构材料。这种高温结构材料用于军事工业和航天航空工业，如硼纤维增强铝基复合材料、硼纤维增强钛基复合材料用于制造航空发动机的压气叶片、风扇和飞机、卫星的耐热部件。硼化钛颗粒增强体陶瓷具有优良的耐磨性和高的韧性(可达10MPa•m1/2以上)，被用来制造加热设备和点火装置的电导部件和超高温工作条件下的耐磨结构件。硼化锆陶瓷用于火箭喷管和高温发热元件。
• 硅铝合金中硅元素的存在能够改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性。这类合金具有较好的耐腐蚀性能和中等的机加工性能，具有中等强度和硬度，使塑性较低，用于制造低中强度的形状复杂的铸件，如盖板、电机壳、托架等，也用作钎焊焊料。

• 核工业

• 硼的吸收中子能力强，是热中子堆理想的控制材料，天然硼具有足够大的中子吸收截面，可直接用作反应堆控制材料。B(n,α)7Li反应的热中子俘获截面大，硼10主要用来作反应堆的中子吸收剂或屏蔽材料，10BF3则用来制做中子计数器。硼钢、碳化硼、硼硅玻璃等以棒材、板材或水溶液等形式用作各种反应堆的控制材料(如控制棒)。硼也是原子反应堆的结构材料。

• 农业

• 硼是农作物所需的重要微量元素之一，硼的使用通常能提高农作物产量，改进作物品质，因此硼可用作农业中的杀虫剂，防腐剂，催化剂，含硼肥料等。硼对农作物具体影响请见硼对人体及动植物的影响。

• 医药

• 用作医药工业的催化剂，杀菌剂，消毒剂，双氢链霉素的氢化剂，脱臭剂等。另外硼普遍存在于蔬果中，是维持骨的健康和钙、磷、镁正常代谢所需要的微量元素之一。硼对人体健康的影响请见硼对人体及动植物的影响。

• 其他应用

• 元素硼还用作烯族有机物的聚合、脱氢反应的催化剂，硼化镧陶瓷用作电子装置的阴极材料，单晶LaB，用作场致发射体的大功率管、磁控管的阴极材料。硼酸锂单晶用于制造远红外、可见光及紫外波段高功率脉冲激光的倍频、和频、参量振荡和放大器以及腔内倍频器。

• 应用领域的发展创新

• 2014年7月有消息称山西大学、清华大学、美国布朗大学及复旦大学化学家密切合作，首次发现了全硼富勒烯B40团簇(All-Boron Fullerene)，并将其命名为硼球烯(Borospherene)。
• B40的发现是硼球烯实验和理论研究的开端，是一个与碳富勒烯平行、具有广阔应用前景的科学研究新领域。研究表明，硼球烯和低维硼纳米结构与相应碳富勒烯和低维碳纳米材料在性能上具有很强的互补性，两者结合可能对解决人类面临的能源和环境危机提供新的科学思路和技术。
• B40是继C60之后第二个从实验和理论上完全确认的无机非金属笼状团簇，但由于硼的典型缺电子性，B40具有与传统碳富勒烯显著不同的结构和成键特征。它可以进一步作为分子器件，进行各种金属掺杂、化学修饰和配体保护，形成具有新颖结构的一维、二维和三维纳米材料，在储氢储锂、半导体、超导、绿色催化等领域具有重要应用前景。