Керамика от нитрид на бора и нейните многобройни приложения

Обработваемата керамика от борен нитрид е идеален избор на материал, когато се търси електрическа изолация и топлопроводимост, както и изключителна здравина и устойчивост на износване - което я прави подходяща и за режещи инструменти.

Шестоъгълният борен нитрид има луковична структура със слоеве, които показват различни ъгли на усукване в равнината, което прави този материал един от най-здравите на пазара.

Характеристики

Керамиката от нитрид на бора е твърд, здрав, износоустойчив и устойчив на корозия материал с изключителни характеристики на износоустойчивост и устойчивост на корозия. Като издръжливи материали, способни да издържат на много високи температури и радиационно въздействие, керамиката от нитрид на бора е идеален материал за използване в ядрени реактори и космически приложения. Изключителните им смазочни свойства ги правят подходящи и за употреба в производството, където ниските им нива на триене спомагат за по-гладкото прорязване на металите при рязане или шлифоване на други метали.

Хексагоналният борен нитрид (h-BN) е основна инженерна керамика с аналогична структура, подобна на хексагоналните слоеве на графита, в която атомите на бора и азота са свързани със силни ковалентни връзки, образувайки хексагонални слоеве, които съдържат хексагонални структури, разположени хексагонално върху хексагонални слоеве, което създава уникални свойства и характеристики, които не се срещат сред другите инженерни керамики.

H-BN издържа добре на екстремни удари и натоварвания, което го прави идеален за използване като тигелен материал в металургията на алуминий, редкоземни елементи, керамика и други метали. Освен това той издържа на високо налягане и температура, без да се поддава на въглеродна корозия, като същевременно не реагира с течен метал. Освен това този материал прави h-BN отличен кандидат за производство на висококачествени покрития, използвани за облицоване или покриване на промишлено оборудване.

h-BN може да се обработва лесно със стандартни режещи инструменти от високоскоростна стомана, а когато е необходимо - с карбидни или диамантени инструменти. Това позволява сравнително лесно постигане на сложни форми и детайли, което прави h-BN идеален за приложения, които иначе са невъзможни при други видове керамични материали.

Кубичният борен нитрид (c-BN) се получава чрез пресоване на хексагонален h-BN при високо налягане и температура, подобно на синтетичния диамант, който се образува от графит. За разлика от диаманта обаче c-BN се отличава с ниски температури на топене и абразивност, което го прави подходящ за производство на твърди покрития с отлична устойчивост на надраскване и износване.

lonsdaleite модификацията на борния нитрид се отличава от другите модификации като един от най-твърдите познати материали. Със своите изключителни свойства и потенциал да надмине дори c-BN като най-твърдия материал в света, неговите уникални свойства откриха нови пътища за изследвания в областта на високоефективните керамични материали, които могат да доведат до нови промишлени приложения; въпреки това, поради ограничената му търговска наличност, lonsdaleite остава недостатъчно използван в момента.

Приложения

Термичната, химическата и електрическата устойчивост на износване и счупване правят керамиката от нитрид на бора идеална за много приложения. Тъй като са леки, с ниска диелектрична константа и високоустойчиви свойства, които издържат на високи температури - което ги прави чудесен избор за използване в силовата електроника, изискваща охлаждане - както и тяхната здравина и издръжливост ги правят популярни за производство на режещи и шлифовъчни инструменти за използване в космическата индустрия.

Хексагонален борен нитрид (h-BN) е един от най-широко разпространените керамични материали в насипно състояние. Това кристално съединение има сходни кристални структури с графита, но хексагоналният борен нитрид е значително по-твърд от графита и биосъвместим, като същевременно издържа на високи температури - което го прави отличен избор за дентални приложения.

Благодарение на изключителната си термична стабилност и химическа инертност h-BN често се използва като антикорозионна защита срещу други материали. H-BN може да предотврати абсорбирането на вода от разтопени метали, като алуминиеви, магнезиеви и цинкови сплави, както и от всякаква шлака, образувана по време на топилните процеси, осигурявайки цялостна защита на компонентите, изложени на такива среди.

H-BN осигурява на керамиката, която влиза в контакт с тези вещества, безкомпромисна защита от стъкло, соли и повечето разтопени метали, да не говорим за химически атаки - ненадмината защита. Освен това той е устойчив на химически атаки, което го прави подходящ за тежки индустриални среди.

Освен желаните свойства, h-BN е и лесен за обработка. Сложни геометрии с тесни допуски могат да се създават бързо, без да се използват охлаждащи или смазочни материали - това улеснява създаването на детайли с висока точност и повторяемост.

Традиционните керамични материали, като алуминиев оксид или цирконий, може да са трудни за обработка в сложни форми. Предимството на H-BN материала е, че може да се обработва при по-високи скорости от тези други материали и следователно е по-подходящ за приложения с висока производителност.

Производство

Частите от борен нитрид обикновено се създават чрез горещо пресоване на материала при високи температури и налягане, като се създават плътни структури с еднаква плътност. Алтернативно, частите могат да се обработват от твърди блокове от този материал. Без значение кой метод на производство се използва, всички компоненти от борен нитрид трябва първо да бъдат проверени за визуални дефекти, химичен състав и физични свойства, преди да бъдат внедрени в приложения.

Керамичният материал от нитрид на бора е изключително еластичен керамичен материал, който може да се обработва и е изключително устойчив на корозия и други тежки условия. Освен това неговата нереактивност го прави подходящ за приложения, изискващи висока температурна стабилност; освен това той не влиза в реакция със стъкло, соли или повечето метали, което го прави подходящ за използване във вакуум.

BN има многобройни приложения и може да бъде намерен под различни форми - от синтерован боров нитрид за високотемпературни характеристики и износоустойчиви абразиви и режещи материали до износоустойчиви материали и покрития от кубичен боров нитрид за екструдиране на инструменти, за използване като разделителни агенти за процеси на формоване на метали и изтегляне на проводници, покрития, използвани върху екструдиращи инструменти, разделителни агенти, използвани по време на операции по формоване на метали или изтегляне на проводници, както и неговите свойства за устойчивост на термичен удар и електроизолационни свойства, което го прави подходящ избор на материал за мощни електронни компоненти поради неговите свойства за устойчивост на термичен удар и електроизолационни свойства.

Кристалната структура на хексагоналния борен нитрид наподобява тази на графита, като осигурява много от същите предимства. Наричан още бял графит, хексагоналният боров нитрид осигурява отлична термична стабилност, електрически свойства и способност за разсейване на топлината, като същевременно е твърд и устойчив на износване - качества, които го правят полезен в много промишлени приложения.

Пиролитичният борен нитрид (PBN) е твърд борен нитрид със свръхвисока чистота, произведен чрез химическо отлагане от пара (CVD). Както подсказва името му, PBN предлага превъзходни високотемпературни характеристики, както и механична якост, и може да се произвежда в тънки листове, които могат да се използват в двигатели с ефект на Хол, както и в нестандартни форми, предназначени за използване в огнеупорни и полупроводникови приложения.

Шестоъгълният борен нитрид може да се обработва с прецизни допуски, което го прави отличен избор на материал за приложения със сложна геометрия. Екипът на Precision Ceramics има богат опит в работата с този универсален материал и може да помогне при проектирането на компоненти, които да отговарят на всички ваши изисквания. За да гарантираме, че по време на производството получавате само висококачествени части от борен нитрид, нашите тестове за качество включват рентгенова дифракция и инфрачервена спектроскопия с трансформация на Фурие, които проверяват съответно неговата чистота, кристална структура и химичен състав.

Обработка

Характерните физични свойства на боровия нитрид го правят изключителен керамичен материал, идеален за използване в многобройни промишлени приложения. Тази синтетична техническа керамика се отличава с превъзходна химическа стабилност и механична якост, както и с изключителни термични свойства, за да може да се използва навсякъде - от синтеровани компоненти BN до износоустойчиви абразиви и режещи материали от кубичен борен нитрид (cBN).

Бороновият нитрид е идеален материал за компоненти на пещи, като топилни пръстени, изолатори и дюзи, поради добрата си микровълнова прозрачност и устойчивост на намокряне, което го прави подходящ за уплътняване на повърхности в контакт с течни метали или разтопени шлаки. Освен това отличната му микровълнова прозрачност и устойчивост на намокряне го правят подходящ за използване като огнеупорни компоненти.

Благодарение на ниския си коефициент на термично разширение BN е много стабилен в широк температурен диапазон и не се влияе значително от внезапни повишения и понижения на температурата. Това му позволява да издържа на високи температури, без да се разгражда в тежки условия, където други материали биха се напукали или разложили бързо.

BN има изключително ниска топлинна маса, което допълнително подобрява топлинните му характеристики. В съчетание с ниското си термично разширение и устойчивост на окисляване, това прави BN отличен избор на материал за високотемпературни приложения; повече от неговите никелови и кобалтови аналози!

Като прах BN се обработва лесно със стандартни режещи инструменти от високоскоростна стомана. Инструментите с карбидни накрайници могат да бъдат подходящи за по-сложни класове борен нитрид (титанов нитрид или ZSBN), докато диамантените инструменти могат да бъдат подходящи за много твърди класове (ZSBN).

Шестоъгълният борен нитрид (hBN) може лесно да бъде фрезован по форма чрез сухо шлифоване с абразиви или водни струи, което го прави подходящ за прецизна обработка на сложни форми. Освен това, за разлика от много керамични материали, боровият нитрид има минимално термично разширение, така че скоростта на рязане остава постоянна по време на фрезоване.

Синтерованият боров нитрид може да бъде подсилен с оксиди и карбиди, за да се постигнат по-добри свойства. Един такъв материал, ZSBN - състоящ се от твърди ZrO2 частици, равномерно разпръснати сред меки BN пластинки в матрица от боросиликатно стъкло - има голяма полза от подсилването с оксиди и карбиди за устойчивост на мокро, което го прави подходящ за пръстени за прекъсване на непрекъснато леене, както и за метални пулверизиращи дюзи, подходящи за леки метални стопилки.