On peut produire du suboxyde de bore en réduisant du sesquioxyde de bore B2O3 avec du bore ou en oxydant du bore avec de l'oxyde de zinc ZnO ou d'autres oxydants[4]. Les matériaux obtenus à pression voisine de 1 atm sont du suboxyde de bore généralement déficitaire en oxygène et non stœchiométrique B6O1–δ, avec δ > 0,1. Ils forment des grains petits (moins de 5 µm) et mal cristallisés. Le suboxyde de bore déficitaire en oxygène peut former des particules icosaédriques qui ne sont ni des monocristaux ni des quasicristaux mais des macles de vingt cristaux tétraédriques[3],[9]. L'application de pression élevée pendant la synthèse du B6O peut améliorer significativement la cristalliné du matériau obtenu, ainsi que sa stœchiométrie en oxygène et la taille de ses cristaux. Les méthodes de production de B6O publiées dans la littérature utilisent généralement des mélanges de poudre de bore et de B2O3[6].
Le suboxyde de bore du type du bore rhomboédrique α est étudié pour sa nature céramique — grande dureté, point de fusion élevé, bonne stabilité chimique, faible masse volumique — comme nouveau matériau structurel. Il présente des liaisons particulières qui ne sont pas faciles à décrire par la théorie de la liaison de valence. La position des atomes d'oxygène n'a pu être précisée que par la méthode de Rietveld sur des poudres de B6O[4].
Préparation
Le suboxyde de bore peut être obtenu par trois méthodes[11] :
réaction à l'état solide entre le bore et le sesquioxyde de bore B2O3 : la pression de vapeur élevée du B2O3 aux températures élevées conduit à l'excès de bore lors de cette réaction ;
oxydation du bore, par exemple par l'oxyde de zinc ZnO, qui contaminent le B6O lors du processus.
Propriétés physiques
Le suboxyde de bore est fortement covalent et se forme facilement au-dessus de 1 873 K[11]. Il est caractérisé par sa grande dureté, son point de fusion élevé, sa bonne stabilité chimique et sa faible masse volumique ; des calculs ab initio préliminaires sur les propriétés structurelles du suboxyde de bore suggèrent que la force des liaisons dans le matériau peut être augmentée par la présence d'atomes très électronégatifs dans sa structure[12].
Applications
Le suboxyde de bore a fait l'objet d'intenses recherches pour des applications comme revêtement contre l'usure des outils de tour à grande vitesse ou comme abrasif. Le principal obstacle à son utilisation industrielle est sa ténacité limitée et surtout les grandes difficultés pratiques à compacter un B6Ostœchiométrique avec une bonne cristallinité. De surcroît, de nombreuses propriétés mécaniques de ce matériau n'ont été comprises que récemment[12].
Références
↑(en) Malin Olofsson et Torsten Lundström, « Synthesis and structure of non-stoichiometric B6O », Journal of Alloys and Compounds, vol. 257, nos 1-2, , p. 91-95 (DOI10.1016/S0925-8388(97)00008-X, lire en ligne)
↑ a et b(en) Paul F. McMillan, Hervé Hubert, Andrew Chizmeshy, William T. Petuskey, Lawrence A. J. Garvie et Bertrand Devouard, « Nucleation and Growth of Icosahedral Boron Suboxide Clusters at High Pressure », Journal of Solid State Chemistry, vol. 147, no 1, , p. 281-290 (DOI10.1006/jssc.1999.8272, Bibcode1999JSSCh.147..281M, lire en ligne)
↑ ab et c(en) Duanwei He, Yusheng Zhao, L. Daemen, J. Qian, T. D. Shen et T. W. Zerda, « Boron suboxide: As hard as cubic boron nitride », Applied Physics Letters, vol. 81, no 4, , p. 643-645 (DOI10.1063/1.1494860, Bibcode2002ApPhL..81..643H, lire en ligne)
↑(en) M. Herrmann, I. Sigalas, M. Thiele, M. M. Müller, H.-J. Kleebe et A. Michaelis, « Boron suboxide ultrahard materials », International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 39, , p. 53-60 (DOI10.1016/j.ijrmhm.2012.02.009, lire en ligne)
↑(en) Jinghang Dai et Zhiting Tian, « Large thermal conductivity of boron suboxides despite complex structures », Applied Physics Letters, vol. 118, no 4, , article no 041901 (DOI10.1063/5.0034906, Bibcode2021ApPhL.118d1901D, lire en ligne)
↑ a et b(en) Takaya Akashi, Tsuyoshi Itoh, Itaru Gunjishima, Hiroshi Masumoto et Takashi Goto, « Thermoelectric Properties of Hot-pressed Boron Suboxide (B6O) », Materials Transactions, vol. 43, no 7, , p. 1719-1723 (DOI10.2320/matertrans.43.1719, lire en ligne)
↑ a et b(en) Ronald Machaka, Bonex W. Mwakikunga, Elayaperumal Manikandan, Trevor E. Derry, Iakovos Sigalas et Mathias Herrmann, « Mechanical and Structural Properties of Fluorine-Ion-Implanted Boron Suboxide », Advances in Materials Science and Engineering, vol. 2012, , article no 792973 (DOI10.1155/2012/792973, lire en ligne)