Keramika z nitridu bóru a její četné aplikace

Obrobitelná keramika z nitridu bóru je ideální volbou materiálu, pokud hledáte elektrickou izolaci a tepelnou vodivost spolu s výjimečnou pevností a odolností proti opotřebení - díky tomu je vhodná i pro řezné nástroje.

Šestihranný nitrid bóru má cibulovitou strukturu s vrstvami, které vykazují různé úhly zkroucení v rovině, což z tohoto materiálu činí jeden z nejtvrdších dostupných materiálů.

Charakteristika

Keramika s nitridem bóru je tvrdý, pevný, otěruvzdorný a korozivzdorný materiál s výjimečnými vlastnostmi odolnosti proti opotřebení a korozi. Jako odolné materiály, které jsou schopny odolávat velmi vysokým teplotám a radiaci, je keramika na bázi nitridu bóru ideálním materiálem pro použití v jaderných reaktorech a v letectví a kosmonautice. Díky svým výjimečným mazacím vlastnostem jsou vhodné i pro použití ve výrobě, kde jejich nízká úroveň tření pomáhá hladšímu řezání kovů při řezání nebo broušení jiných kovů.

Hexagonální nitrid bóru (h-BN) je základní technická keramika s analogickou strukturou podobnou hexagonálním vrstvám grafitu, v níž jsou atomy bóru a dusíku vázány silnými kovalentními vazbami a vytvářejí hexagonální vrstvy, které obsahují hexagonální hexagonální struktury uspořádané hexagonálně na hexagonálních vrstvách, což vytváří jedinečné vlastnosti a charakteristiky, které se u jiné technické keramiky nevyskytují.

H-BN dobře odolává extrémním nárazům a namáhání, takže je ideální pro použití jako tyglík v metalurgii hliníku, vzácných zemin, keramiky a dalších kovů. Navíc odolává vysokým tlakům a teplotám, aniž by podléhal uhlíkové korozi, a zároveň zůstává bez reakce s tekutým kovem. Kromě toho je h-BN díky tomuto materiálu vynikajícím kandidátem na výrobu vysoce výkonných povlaků používaných k lemování nebo potahování průmyslových zařízení.

h-BN lze snadno obrábět pomocí standardních řezných nástrojů z rychlořezné oceli a v případě potřeby i pomocí karbidových nebo diamantových nástrojů. Protože umožňuje relativně snadno dosáhnout složitých tvarů a detailů, je h-BN ideální pro aplikace, které jsou jinak s jinými typy keramických materiálů nemožné.

Kubický nitrid bóru (c-BN) se vyrábí lisováním hexagonálního h-BN za vysokého tlaku a teploty, podobně jako se syntetický diamant tvoří z grafitu. Na rozdíl od diamantu se však c-BN vyznačuje nízkou teplotou tání a abrazivitou, díky čemuž je vhodný k výrobě tvrdých povlaků s vynikající odolností proti poškrábání a oděru.

lonsdaleitová modifikace nitridu bóru vyniká mezi ostatními modifikacemi jako jeden z nejtvrdších známých materiálů. Díky svým mimořádným vlastnostem a potenciálu překonat i c-BN jako nejtvrdší materiál na světě otevřely jeho jedinečné vlastnosti nové cesty výzkumu v oblasti vysoce výkonných keramických materiálů, které mohou vést k novým průmyslovým aplikacím; vzhledem k omezené komerční dostupnosti však lonsdaleit zůstává v současné době nevyužitý.

Aplikace

Keramika s nitridem bóru se vyznačuje tepelnou a chemickou odolností, odolností proti elektrickému opotřebení a lomům, takže je ideální pro mnoho aplikací. Jsou lehké, mají nízkou dielektrickou konstantu a vysoce odolné vlastnosti, díky nimž odolávají vysokým teplotám - což z nich činí skvělou volbu pro použití ve výkonové elektronice vyžadující chlazení - a díky své pevnosti a odolnosti se s oblibou používají k výrobě řezných a brusných nástrojů pro použití v leteckém průmyslu.

Šestihranný nitrid bóru (h-BN) je jedním z nejrozšířenějších objemových keramických materiálů. Tato krystalická sloučenina má podobnou krystalickou strukturu jako grafit, avšak hexagonální nitrid bóru je výrazně tvrdší než grafit, je biokompatibilní a zároveň odolává vysokým teplotám - je tedy vynikající volbou pro dentální aplikace.

Díky své výjimečné tepelné stabilitě a chemické inertnosti se h-BN často používá jako antikorozní ochrana proti jiným materiálům. H-BN dokáže zabránit absorpci vody z roztavených kovů, jako jsou slitiny hliníku, hořčíku a zinku, a také ze strusky vznikající při tavicích procesech, čímž poskytuje komplexní ochranu součástek vystavených takovému prostředí.

H-BN poskytuje keramice, která přichází do styku s těmito látkami, nekompromisní ochranu před sklem, solemi a většinou roztavených kovů - nemluvě o chemických útocích - bezkonkurenční ochranu. Kromě toho je odolný vůči chemickým útokům, takže je vhodný pro drsné průmyslové prostředí.

Kromě žádoucích vlastností se h-BN snadno obrábí. Složité geometrie s přísnými tolerancemi lze vytvářet rychle bez použití chladicích kapalin nebo maziv - to usnadňuje vytváření dílů s vysokou přesností a opakovatelností.

Tradiční keramické materiály, jako je oxid hlinitý nebo zirkon, lze obtížně opracovat do složitých tvarů. Materiál H-BN má tu výhodu, že se dá obrábět vyššími rychlostmi než tyto jiné materiály, a proto je vhodnější pro vysoce výkonné aplikace.

Výroba

Součásti z nitridu bóru se obvykle vytvářejí lisováním materiálu za tepla při vysokých teplotách a tlacích, čímž se vytvářejí husté struktury s rovnoměrnou hustotou. Alternativně mohou být díly obráběny z pevných bloků tohoto materiálu. Bez ohledu na to, která výrobní metoda je použita, musí být všechny součásti z nitridu bóru před nasazením do aplikací nejprve zkontrolovány z hlediska vizuálních vad, chemického složení a fyzikálních vlastností.

Keramický materiál z nitridu bóru je mimořádně odolný keramický materiál, který lze obrábět a který je vysoce odolný vůči korozi a dalším drsným podmínkám. Díky své nereaktivitě je navíc vhodný pro aplikace vyžadující vysokou teplotní stabilitu; navíc nereaguje se sklem, solemi ani většinou kovů, takže je vhodný pro použití ve vakuu.

BN má řadu aplikací a lze jej nalézt v několika formách, od slinutého nitridu bóru pro vysokoteplotní výkony a abraziva a řezné materiály odolné proti opotřebení, přes materiály odolné proti opotřebení z kubického nitridu bóru a povlaky pro vytlačovací nástroje, až po použití jako uvolňovací činidla pro procesy tváření kovů a tažení drátů, povlaky používané na vytlačovacích nástrojích, uvolňovací činidla používaná během operací tváření kovů nebo tažení drátů, jakož i jeho vlastnosti odolné proti tepelným šokům a elektrické izolační vlastnosti, díky nimž je vhodným materiálem pro vysoce výkonné elektronické součástky díky svým vlastnostem odolnosti proti tepelným šokům a elektrické izolaci.

Krystalová struktura hexagonálního nitridu bóru se podobá struktuře grafitu a poskytuje mnoho stejných výkonnostních výhod. Nitrid hexagonálního boru, označovaný také jako bílý grafit, poskytuje vynikající tepelnou stabilitu, elektrické vlastnosti a schopnost odvádět teplo, přičemž je tvrdý a odolný proti otěru - vlastnosti, které jej činí užitečným v mnoha průmyslových aplikacích.

Pyrolitický nitrid bóru (PBN) je velmi čistý pevný nitrid bóru vyráběný metodou chemické depozice z par (CVD). Jak již jeho název napovídá, PBN nabízí vynikající vysokoteplotní výkon i mechanickou pevnost a lze jej vyrábět do tenkých plátů, které lze použít v tryskách s Hallovým efektem, i do tvarů na zakázku určených pro použití v žáruvzdorných a polovodičových aplikacích.

Šestihranný nitrid bóru lze obrábět s přesnými tolerancemi, což z něj činí vynikající materiál pro aplikace se složitou geometrií. Tým společnosti Precision Ceramics má rozsáhlé zkušenosti s prací s tímto všestranným materiálem a může vám pomoci s návrhem součástí, které splní všechny vaše požadavky. Abychom vám zaručili, že při výrobě obdržíte pouze vysoce kvalitní díly z nitridu bóru, zahrnují naše testy kvality testy rentgenové difrakce a infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací, které ověřují jeho čistotu, krystalovou strukturu, respektive chemické složení.

Zpracování

Díky svým charakteristickým fyzikálním vlastnostem je nitrid bóru vynikajícím keramickým materiálem, který je ideální pro použití v mnoha průmyslových aplikacích. Tato syntetická technická keramika se může pochlubit vynikající chemickou stabilitou a mechanickou pevností spolu s výjimečnými tepelnými vlastnostmi pro všestranné použití, od spékaných komponent BN až po abraziva a řezné materiály odolné proti opotřebení z kubického nitridu boru (cBN).

Nitrid bóru je ideálním materiálem pro součásti pecí, jako jsou tavicí kroužky, izolátory a trysky, a to díky své dobré mikrovlnné průhlednosti a odolnosti vůči vlhkosti, takže je vhodný pro těsnění povrchů, které přicházejí do styku s tekutými kovy nebo roztavenými struskami. Kromě toho je díky své vynikající mikrovlnné průhlednosti a odolnosti proti vlhkosti vhodný pro použití jako žáruvzdorné komponenty.

Díky nízkému koeficientu teplotní roztažnosti je BN vysoce stabilní v širokém rozsahu teplot a není výrazně ovlivněn náhlým zvýšením nebo snížením teploty. To mu umožňuje odolávat vysokým teplotám bez degradace v náročných podmínkách, kde by jiné materiály rychle praskaly nebo se rozkládaly.

BN má extrémně nízkou tepelnou hmotnost, což dále zlepšuje jeho tepelné vlastnosti. V kombinaci s nízkou tepelnou roztažností a odolností proti oxidaci je BN vynikajícím materiálem pro vysokoteplotní aplikace, a to více než jeho niklové a kobaltové protějšky!

Jako prášek se BN snadno obrábí standardními řeznými nástroji z rychlořezné oceli. Nástroje s karbidovou špičkou mohou být vhodné pro náročnější druhy nitridu boru (nitrid titanu nebo ZSBN), zatímco diamantové nástroje mohou být vhodné pro velmi tvrdé druhy (ZSBN).

Šestihranný nitrid bóru (hBN) lze snadno frézovat do tvaru suchým broušením pomocí brusiva nebo vodního paprsku, takže je vhodný pro přesné obrábění složitých tvarů. Na rozdíl od mnoha keramických materiálů navíc nitrid boru vykazuje minimální tepelnou roztažnost, takže řezné rychlosti zůstávají během frézování konstantní.

Slinutý nitrid bóru lze pro dosažení lepších vlastností zpevnit oxidy a karbidy. Jeden z takových materiálů, ZSBN - skládající se z tvrdých částic ZrO2 rovnoměrně rozptýlených mezi měkkými destičkami BN v matrici z borosilikátového skla - výrazně těží z vyztužení oxidy a karbidy pro odolnost vůči mokru, takže je vhodný pro přerušovací kroužky pro kontinuální lití i pro rozprašovací trysky vhodné pro taveniny lehkých kovů.