硼是一种极其坚硬和耐热的半金属，有多种形式。它被广泛应用于化合物中，用于制造从漂白剂、玻璃到半导体和农业肥料的各种产品。

硼的性质如下：

• 原子符号：B
• 原子序数：5
• 元素类别：类金属
• 密度：2.08g/cm3
• 熔点：3769华氏度（2076摄氏度）
• 沸点：7101华氏度（3927摄氏度）
• 莫氏硬度：~9.5

硼的特性

元素硼是一种同素异形半金属，这意味着元素本身可以以不同的形式存在，每种形式都有自己的物理和化学性质。此外，与其他半金属（或类金属）一样，该材料的某些性质本质上是金属性质的，而其他性质则更类似于非金属。

高纯度硼以无定形深棕色至黑色粉末或深色、有光泽且易碎的晶体金属的形式存在。

硼极其坚硬，耐热，在低温下是一种不良的导电体，但随着温度的升高，这种导电性会发生变化。虽然结晶硼非常稳定，不与酸反应，但非晶态硼在空气中缓慢氧化，在酸中反应剧烈。

在晶体形态中，硼是所有元素中第二硬的（仅次于金刚石形态的碳），并且具有最高的熔体温度之一。与早期研究人员经常误解的碳元素类似，硼形成稳定的共价键，难以分离。

五号元素还具有吸收大量中子的能力，是制造核控制棒的理想材料。

最近的研究表明，当过冷时，硼会形成一种完全不同的原子结构，使其能够充当超导体。

硼的历史

虽然硼的发现归因于19世纪初法国和英国的化学家对硼酸盐矿物的研究，但人们相信，直到1909年才产生了这种元素的纯样品。

然而，硼矿物（通常称为硼酸盐）已经被人类使用了几个世纪。有记载的第一次使用硼砂（天然硼酸钠）是阿拉伯金匠在公元8世纪将硼砂作为助焊剂用于提纯金银。

公元3世纪至10世纪的中国陶瓷釉料也被证明利用了天然化合物。

硼的现代用途

19世纪末热稳定硼硅酸盐玻璃的发明为硼酸盐矿物提供了新的需求来源。利用这项技术，康宁玻璃厂于1915年推出了派热克斯玻璃炊具。

战后，硼的应用范围不断扩大，包括越来越多的行业。氮化硼开始用于日本化妆品，1951年，开发了硼纤维的生产方法。在此期间，第一批核反应堆上线，其控制棒中也使用了硼。

1986年切尔诺贝利核灾难发生后，40吨硼化合物被倾倒在反应堆上，以帮助控制放射性核素的释放。

20世纪80年代初，高强度稀土永磁体的开发进一步为该元素创造了一个巨大的新市场。现在，每年生产超过70公吨的钕铁硼（NdFeB）磁铁，用于从电动汽车到耳机的各种用途。

20世纪90年代末，硼钢开始用于汽车，以加强结构部件，如安全杆。

硼的生产

尽管地壳中存在200多种不同类型的硼酸盐矿物，但在硼和硼化合物的商业提取中，只有四种占90%以上，即锡钙石、钙铝石、硼镁石和硅铝土矿。

为了生产相对纯净的硼粉，用镁或铝助焊剂加热矿物中的氧化硼。还原产生的元素硼粉末纯度约为92%。

纯硼可以通过在1500摄氏度（2732华氏度）以上的温度下用氢进一步还原卤化硼来生产。

半导体所需的高纯度硼可通过高温分解二硼烷并通过区域熔化或Czolchralski法生长单晶来制备。

硼的应用

虽然每年开采的含硼矿物超过600万公吨，但其中绝大多数作为硼酸和氧化硼等硼酸盐消耗，很少转化为元素硼。事实上，每年仅消耗约15公吨的元素硼。

硼和硼化合物的使用范围极为广泛。一些人估计，该元素有300多种不同形式的最终用途。

这五个主要用途是：

• 玻璃（例如热稳定硼硅酸盐玻璃）
• 陶瓷（如瓷砖釉）
• 农业（如液体肥料中的硼酸）。
• 洗涤剂（如洗衣粉中的过硼酸钠）
• 漂白剂（如家用和工业去污剂）

硼冶金应用

虽然金属硼的用途很少，但该元素在许多冶金应用中具有很高的价值。当硼与铁结合时，通过去除碳和其他杂质，只要在钢中加入少量的硼（百万分之几），它的强度就可以达到普通高强度钢的四倍。

该元素溶解和去除金属氧化膜的能力也使其成为焊剂的理想选择。三氯化硼去除熔融金属中的氮化物、碳化物和氧化物。因此，三氯化硼被用于制造铝、镁、锌和铜合金。

在粉末冶金中，金属硼化物的存在增加了导电性和机械强度。在黑色金属产品中，硼化物的存在增加了耐腐蚀性和硬度，而在用于喷气机机架和涡轮零件的钛合金中，硼化物增加了机械强度。

硼纤维是将氢化物元素沉积在钨丝上制成的，是一种坚固、轻质的结构材料，适合用于航空航天应用，也适用于高尔夫球杆和高强度胶带。

钕铁硼磁体中的硼对用于风力涡轮机、电动机和各种电子设备的高强度永磁体的功能至关重要。

硼易于吸收中子，因此可用于核控制棒、辐射屏蔽和中子探测器。

最后，碳化硼是已知第三硬的物质，用于制造各种盔甲、防弹背心以及磨料和磨损部件。