元素介绍中文名称：硼英文别名： Boron, amorphous元素符号：B发现人：盖吕萨克相对原子质量：10.811密度：2.34g/cm3熔点：2300.0 °C沸点：3658 C储存：密封保存原子体积：(立方厘米/摩尔)4.6 元素在海水中的含量:(ppm) 4.41 元素在太阳中的含量：(ppm) 0.002 地壳中含量：(ppm) 950莫氏硬度：9.3晶体结构：晶胞为三斜晶胞核内质子数：5核外电子数：5中子数：6核电荷数：5原子核亏损质量：0.28017u质子质量：8.365E-27质子相对质量：5.035所属周期：2所属族数：IIIA摩尔质量： 11( g/mol )热导率:W/(m ・K)27.4声音在其中的传播速率：(m/S ) 16200外围电子排布：[He] 2s2 2p1核外电子排布：2、3核电荷数：5电子层：K-L颜色和状态：固体原子半径：1.17常见化合价：+3 二、性状特点1702年法国医生霍姆贝格首先从硼砂 制得硼酸，称为salsedativum , 即镇静盐1741年法国化学家帕特指出，硼砂与硫酸作用除生成硼酸外， 还得到硫酸钠1789年拉瓦锡把硼酸基列入元素表。
1808年英国化学家戴 维和法国化学家盖吕萨克、泰纳各自获得单质 硼硼的拉丁名称为 boracium，元素符号为B这一词来自borax （硼砂）硼在室温下比较稳定，即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用 硼能和卤族元 素直接化合，形成卤化硼硼在600〜1000 °C可与硫、锡、磷、 砷反应；在1000〜1400 C与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金 属和金 属氧化物反应，形成金属硼化物这些化合物 通常是高硬度、耐熔、高电 导率和化学惰性的物质，常具有特殊的性质它是最外层少于4个电子的仅有的非金属元素其单质有无定形和结 晶形两种前者呈棕黑色到黑色的粉末后者呈乌黑色到银灰色，并有金 属光泽硬度与金刚石相近无定形的硼密度 2.3克/厘米3，（ 25-27C）； 晶形的硼密度2.31克/厘米3,熔点2300C,沸点2550C,在室温下无 定形硼在空气中缓慢氧化，在800C左右能自燃硼与盐酸或氢氟 酸，即使 长期煮沸，也不起作用它能被热浓硝酸和重铬酸钠与硫酸的混合物缓慢 侵蚀和氧化过氧化氢和过硫酸铵也能缓慢氧 化结晶硼上述试剂与无定 形硼作用激烈与碱金属碳酸盐和氢氧化物混合物共熔时，所有各种形态 的硼都被完全氧化。
氯、溴、氟与硼作用而形成相应的卤化硼约在 600C 硼与硫激烈反应形成一种硫化硼的混合物硼在氮或氨气中加热到1000C 以上则形成氮 化硼，温度在1800-2000C是硼和氢仍不发生反应，硼和硅在 2000C以上反应生成硼化硅在高温时硼能与许多金属和金属氧化物反应， 生成金属硼化 物硼在600〜1000°C可与硫、锡、磷、砷反应；在1000〜 1400 C与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形 成金属硼化物这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的 物质，常具有特殊的性质在自然界中，硼只以其 化合物形式存在着（像在硼砂、硼酸中，在植物 和动物中只存在有痕量的硼），通常由电解熔融的氟硼酸钾和氯化钾或热还 原它的其他化 合物（如氧化硼）制得硼的氧化物用活泼金属热还原；用氢还原硼的卤化物；用碳热还硼砂 电解熔融硼酸盐或其他含硼化合物；热分解硼的氢化合物上述方法所得初 产品均应真空除气或控制卤化，才可制得高纯 度的硼硼的应用比较广泛硼与塑料或铝合金结合，是有效的中子屏蔽材料 硼钢在反应堆中用作控制棒；硼纤维用于制造 复合材料等和高温技术中棒状和条状具有低密度、高强度和高熔由于硼在高温 时特别活泼，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，硼还用于原子反应堆 硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。
由于硼些结构材料硼的化合物在含硼的化合物硼砂（Na 2点的性质，可用来制作导弹的火箭中所用的某 农业、医药、玻璃工业等方面用途很广天然B407・10H 2早为古代医药学家所知悉我国西藏是世界上盛产 硼砂的地方图1微量的Fe-B相图三、B在钢中的行为1、 Fe-B平衡相图微量硼含量的Fe-B系相图如图1所示，就Y相区而言，具有 同Fe-C 平衡相图Y相区相类似的较大的固溶极限；对 于a相区来说，这里Fe B的 出现，相当于Fe-C系的共析反应，但呈包析反应 出现硼实际上降低钢的 A4点，提高其A3点(在硼含量超过0.001%时)，从而缩小Y相区，并由于 中间化合物Fe B的出现而限制了封闭Y相圈的形成在硼含量小 于0.001%2时，使A3点随硼含量的增加而降低，致使a -(a +y )相界有一最低点，当 硼含量为0.001%，此点的温度为835 °C,此外，在硼含量为0.0081%及温度 为910C处存在一个包 析转变点从相图中可以看出，700C以下时，硼在 a -Fe中的溶解度小 于0.0004%，910C时为0.0051%在丫 -Fe中的溶解度 从 910 C的 0.0024% 增加到 1149 C时的 0.02%。
2、 硼在钢中的存在形式硼在钢中的存在形式至今还没有一个肯定的结 论，目前意见比较一致 的是硼溶入Y -Fe中并在晶粒表面上具有吸附效应这种吸附意味着在晶粒 边界附近溶质的加浓或缺少，由于表面张力作 用而没有沉淀在较高的温 度下硼容易在奥氏体晶界发生吸附，并且通过热膨胀实验和X射线衍射发 现硼加入到铁中产生了晶格点阵收缩，认为 硼a -Fe和丫 -Fe中处于置换固 溶的位置很多报道都认为硼在a -Fe中是置换固溶形式存在但是有人用内耗法研究Fe-B合金时，显示出一种由硼所引起的内耗峰 根据硼和碳的扩散速度，表明硼原子的间隙固 溶特性根据溶解度依赖于 引入一个硼原子到间隙位置或置换位置所需的 能量计算结果以及硼在Y -Fe中的溶解度比率分析结果来看，硼原子也容易形成置换固溶根据尺寸因数进行判断，如果溶质对溶剂原子 半径的比率小于0.59， 则满足形成间隙固溶体的条件，如果半径的比率在 0.85〜1.15之间，通常 形成置换固溶体，那么硼的原子半径为0.97 A，a -Fe在910 C时原子半径 约1.24 A，比率为0.78 ； Y -Fe在910C时原子半径约1.28 A，则半径比 率为0.76，硼的比率正好处在间隙固 溶与置换固溶两值之间，所以 硼是己 知以间隙和置换固溶两种形式存在于钢中的唯 一金属元素。
3、硼的淬透性机理淬透性是钢的一种属性，它是指钢在高温奥氏 体化后，在一定冷却速度下，淬火成马氏体的能力微量硼(0.001%)就可以对钢起到很大的淬透大，而在过共析钢中几乎不 不是十分清楚，但有四种硼 认为，硼对淬透性的有利作响奥氏体或铁素体基体的热性一般情况下，亚共析钢中硼的淬透性作用 起作用了至今元素提高钢的淬透性机理仍然 淬透性机理的 解释一直保留至今这些机理都 用是由于推迟了铁素体的生核过程，但并不影 力学性能1) 奥氏体晶界能降低机理对这一机理提出的主要异，这对于要产生的巨大影响这种影响大小取决于铁素体 当，即使界面能有百分之一很早提出的硼 淬透性机理是：硼原子扩散到奥氏体晶界，降 低了奥氏体 的晶界能，因而减少了铁素体生核的有利位置 议是，经测定这种能量降低最多不到百分之一 来说实在太小了，但Morral和camero指出，晶核的形状如果晶核形状和界面能的条件适的变化，也能使生核速度发 生10倍的变化，这么大的变化 完全可以解释所 观察到的淬透性变化目前铁素体晶核的形成 还没有最后确定，故硼降低 奥氏体晶界能提高淬透性仍然是一种可以成立的机理2) 扩散能力降低机理已有报道硼降低铁原子在奥氏体晶界的自扩散 能力，从而解释了硼为 什么能推迟无碳合金中铁素体的生核，因为铁 素体的生核速度与铁原子的 跃迁频率成正比。
一般认为钢中碳的跃迁频率控制铁素体生核速率，虽然 有人认为可能由于硼堵塞了间隙位置或增加了晶界模量而降低碳的扩散能 力，但是这些 可能性尚未得到试验证明3) 生核位置减少机理第一种机理(奥氏体晶界能降低机理)认为，可以将奥氏体晶界看成是 连续体，即铁素体在晶界得任何位置上都可以 生核然而，如果考虑到晶 界的结晶学特性，那么就会发现即使在预料生核速度最快的高角度晶界上 也有原子密度相对高低不等的区域，如果低原子密度区是有利于铁素体生 核的位置，则可能由于硼在这些区内的偏聚将 自由空间填满，或者由于析 出硼碳化物使其利于生核的条件遭到破坏假使硼使这些有利生核位置一 半生效，则TTT图上的铁素体“ C”线将向右移动一倍的距离；如果所有的位置都失效的话，则铁素体将以较低的速度在 其它位置生核这一机理引入注意的特点之一是，对“ C”曲线发生的移动有理论限制 另外一点是， 从原则上讲，在这些区内完全使这一机理能够毫不勉强地解释为什么少量 的硼就能够产生巨大的作用4）铁素体在硼碳化物上生 核的机理还有一些研究者认为，Fe （B，C）析出是铁素体形成的先导对于这种23 6现象，奥氏体晶界能降低机理和扩散能力降低机理的提出者是用硼碳化物 的析出消耗了晶界的硼，而使硼抑制铁素体生 核的作用消失来解释的。
而 主张“位置争 夺”机理的研究者，对上述现象 却做了另一种解释他们认 为只有硼碳化物很小时，才能阻止铁素体生核，一旦硼碳化物变得足够大 ，反而助长铁素体在它们的界面上生核4、硼在奥氏体晶界的平衡偏聚及非平衡偏聚晶界的偏聚包含两种形式，即平衡偏聚和非平衡偏聚：（1） 平衡偏聚现象是一种热力学平衡现象，当溶质原子与 晶界之间有 相互作用时，就会在晶界上 产生溶质富集（或贫化）现象，其主要特点是：富 集程度只取决于系统平衡参数，与材料所经历的历史过程无关，因此随系 统参数的变化可以完全重复或可逆（即消失与产生）这种偏聚的溶质局限 于很窄的晶界结构混乱范围（即2-3个原子层）内，在一定温度下有一定的 平衡偏聚量，随温度升高，偏聚量下降，在较 快的加热或冷却过程中，偏 聚量有一个达到平衡值的过程2） 非平衡偏聚是一种动力学过程（也有人称为动态偏聚），是指由于象，这时溶质原子会富集到晶下的平衡偏聚量值但随保各种外界因素（如温度应力，辐照等）的变化引起某种溶质原子在晶界（或相 界）的化学位不同，从而造成元素再分布的现 界及其邻近区域中，其偏聚量明显超过该温度为析出偏聚原子的分布向受溶质原子的扩散、各类晶其许多规律与平衡偏聚现象温时间的延长，这种偏聚会消失，也可能转化晶内延伸到几十、几百甚至更多原子层范围、体缺陷的数量与运动及晶界本身结构的影响， 相反。
在一 定的温度下有一定的偏硼的平衡偏聚也是一种热力学平衡现象，聚量，随温度升高，偏聚量下降，在较长的加 热或冷却过程中，偏聚量有达到平衡值的过程。