Bornitridkeramik og dens mange anvendelsesmuligheder

Bearbejdelig bornitridkeramik er et ideelt materialevalg, når man er på udkig efter elektrisk isolering og varmeledningsevne sammen med enestående styrke og slidstyrke - hvilket også gør det velegnet til skæreværktøjer.

Sekskantet bornitrid har en løglignende struktur med lag, der udviser forskellige vridningsvinkler i planet, hvilket gør dette materiale til et af de hårdeste, der findes.

Karakteristika

Bornitridkeramik er hårde, stærke, slidstærke og korrosionsbestandige materialer med enestående slidstyrke- og korrosionsbestandighedsegenskaber. Som holdbare materialer, der kan modstå meget høje temperaturer og strålingseksponering, er bornitridkeramik ideelle materialer til brug i atomreaktorer og rumfartsapplikationer. Deres enestående smøreegenskaber gør dem også velegnede til produktionsbrug, hvor deres lave friktionsniveauer hjælper med at skære gennem metaller mere jævnt, mens de skærer eller sliber andre metaller væk.

Sekskantet bornitrid (h-BN) er en vigtig teknisk keramik med en analog struktur, der ligner grafits sekskantede lag, hvor bor- og nitrogenatomer er bundet af stærke kovalente bindinger, der danner sekskantede lag, som indeholder sekskantede sekskantede strukturer arrangeret sekskantet på sekskantede lag, hvilket skaber unikke egenskaber og karakteristika, der ikke findes blandt andre tekniske keramer.

H-BN tåler ekstreme stød og belastninger, hvilket gør det ideelt til brug som smeltedigel i metallurgien af aluminium, sjældne jordarter, keramik og andre metaller. Derudover kan det modstå høje tryk og temperaturer uden at bukke under for kulstofkorrosion, samtidig med at det forbliver reaktionsfrit med flydende metal. Desuden gør dette materiale h-BN til en fremragende kandidat til fremstilling af højtydende belægninger, der bruges til at beklæde eller belægge industrielt udstyr.

h-BN kan let bearbejdes med almindelige skæreværktøjer af højhastighedsstål og om nødvendigt med karbid- eller diamantværktøjer. Det gør det muligt at opnå komplicerede former og detaljer med relativ lethed, hvilket gør h-BN ideelt til anvendelser, der ellers er umulige med andre typer keramiske materialer.

Kubisk bornitrid (c-BN) fremstilles ved at presse hexagonalt h-BN under højt tryk og høj temperatur, på samme måde som syntetisk diamant dannes af grafit. Men i modsætning til diamant har c-BN lave smeltepunkter og slidstyrke, hvilket gør det velegnet til fremstilling af hårde belægninger med fremragende ridse- og slidstyrke.

lonsdaleit-modifikationen af bornitrid skiller sig ud fra andre modifikationer som et af de hårdeste materialer, der kendes. Med sine ekstraordinære egenskaber og potentiale til at overgå selv c-BN som verdens hårdeste materiale har dets unikke egenskaber åbnet nye veje for forskning i højtydende keramiske materialer, der kan føre til nye industrielle anvendelser; men på grund af dets begrænsede kommercielle tilgængelighed er lonsdaleit stadig underudnyttet på nuværende tidspunkt.

Anvendelser

Bornitridkeramik har termisk, kemisk, elektrisk slidstyrke og brudstyrke, hvilket gør dem ideelle til mange anvendelser. Da de er lette med lav dielektrisk konstant og meget holdbare egenskaber, der modstår høje temperaturer - hvilket gør dem til gode valg til brug i effektelektronik, der kræver køling - samt deres styrke og holdbarhed, der gør dem populære til fremstilling af skære- og slibeværktøjer til brug i luftfartsindustrien.

Hexagonalt bornitrid (h-BN) er et af de mest tilgængelige keramiske materialer. Denne krystallinske forbindelse har samme krystalstruktur som grafit, men hexagonalt bornitrid er betydeligt hårdere end grafit og biokompatibelt, samtidig med at det kan modstå høje temperaturer - hvilket gør det til en fremragende mulighed for dentalanvendelser.

På grund af sin enestående termiske stabilitet og kemiske inerti anvendes h-BN ofte som korrosionsbeskyttelse mod andre materialer. H-BN kan forhindre vandoptagelse fra smeltede metaller som aluminium-, magnesium- og zinklegeringer samt slagger, der produceres under smelteprocesser, hvilket giver omfattende beskyttelse af komponenter, der udsættes for sådanne miljøer.

H-BN giver keramik, der kommer i kontakt med disse stoffer, en kompromisløs beskyttelse mod glas, salte og de fleste smeltede metaller - for ikke at nævne kemiske angreb - en uovertruffen beskyttelse. Desuden er det modstandsdygtigt over for kemiske angreb, hvilket gør det velegnet til barske industrimiljøer.

Ud over de gode egenskaber er h-BN let at bearbejde. Komplekse geometrier med snævre tolerancer kan skabes hurtigt uden brug af køle- eller smøremidler - det gør det lettere at skabe dele med høj nøjagtighed og gentagelsesnøjagtighed.

Traditionelle keramiske materialer som aluminiumoxid eller zirkoniumoxid kan være vanskelige at bearbejde til komplekse former. H-BN-materiale har den fordel, at det kan bearbejdes ved højere hastigheder end disse andre materialer og derfor er mere velegnet til højtydende anvendelser.

Produktion

Dele af bornitrid fremstilles typisk ved varmpresning af materialet ved høje temperaturer og tryk, hvilket skaber tætte strukturer med ensartet massefylde. Alternativt kan dele bearbejdes fra solide blokke af dette materiale. Uanset hvilken fremstillingsmetode der anvendes, skal alle bornitridkomponenter først kontrolleres for visuelle defekter, kemisk sammensætning og fysiske egenskaber, før de anvendes i applikationer.

Keramisk materiale af bornitrid er et ekstremt elastisk keramisk materiale, der kan bearbejdes, og som er meget modstandsdygtigt over for korrosion og andre barske miljøer. Derudover gør dets ikke-reaktivitet det velegnet til anvendelser, der kræver høj temperaturstabilitet, og det reagerer ikke med glas, salte eller de fleste metaller, hvilket gør det velegnet til vakuumbaseret brug.

BN har mange anvendelsesmuligheder og findes i flere former, fra sintret bornitrid til høj temperatur og slidstærke slibemidler og skærematerialer til slidstærke kubiske bornitrid-slidbestandighedsmaterialer og belægninger til ekstruderingsværktøjer, til brug som slipmidler til metalformnings- og trådtrækningsprocesser, belægninger brugt på ekstruderingsværktøjer, slipmidler brugt under metalformnings- eller trådtrækningsoperationer samt dets termiske chokmodstandsegenskaber og elektriske isoleringsegenskaber, hvilket gør det til et passende materialevalg til elektroniske komponenter med høj effekt på grund af dets termiske chokmodstandsegenskaber og elektriske isoleringsegenskaber.

Hexagonal bornitrid har en krystalstruktur, der ligner grafit, og som giver mange af de samme fordele. Hexagonal bornitrid, der også kaldes hvid grafit, giver fremragende termisk stabilitet, elektriske egenskaber og varmeafledningsevne, samtidig med at det er både hårdt og slidstærkt - kvaliteter, der gør det nyttigt i mange industrielle anvendelser.

Pyrolitisk bornitrid (PBN) er et fast bornitrid med ultrahøj renhed, der fremstilles ved kemisk dampudfældning (CVD). Som navnet antyder, har PBN en overlegen ydeevne ved høje temperaturer samt mekanisk styrke og kan fremstilles i tynde plader, der kan bruges i Hall Effect-thrustere samt tilpassede former, der er designet til at blive brugt i ildfaste materialer og halvledere.

Sekskantet bornitrid kan bearbejdes med præcise tolerancer, hvilket gør det til et fremragende materialevalg til applikationer, der involverer komplekse geometrier. Precision Ceramics' team har stor erfaring med at arbejde med dette alsidige materiale og kan hjælpe med at designe komponenter, der opfylder alle dine krav. For at garantere, at du kun modtager bornitriddele af høj kvalitet under fremstillingen, omfatter vores kvalitetstests røntgendiffraktion og Fourier transform infrarød spektroskopi, som verificerer henholdsvis renheden, krystalstrukturen og den kemiske sammensætning.

Forarbejdning

Bornitrids karakteristiske fysiske egenskaber gør det til et fremragende keramisk materiale, der er perfekt til brug i mange industrielle sammenhænge. Fra sintrede BN-komponenter til slidstærke slibemidler og skærematerialer af kubisk bornitrid (cBN) kan denne syntetiske tekniske keramik prale af overlegen kemisk stabilitet og mekanisk styrke sammen med enestående termiske egenskaber til allround-brug.

Bornitrid er et ideelt materiale til ovnkomponenter som smelteringe, isolatorer og dyser på grund af dets gode mikrobølgetransparens og vådmodstand, hvilket gør det velegnet til at forsegle overflader i kontakt med flydende metaller eller smeltet slagge. Desuden gør dets fremragende mikrobølgetransparens og vådmodstand det velegnet til brug som ildfaste komponenter.

På grund af sin lave varmeudvidelseskoefficient er BN meget stabilt over et bredt temperaturområde og påvirkes ikke væsentligt af pludselige stigninger og fald i temperaturen. Det gør, at det kan modstå høje temperaturer uden at blive nedbrudt i barske miljøer, hvor andre materialer hurtigt ville revne eller nedbrydes.

BN har en ekstremt lav termisk masse, hvilket yderligere forbedrer dets termiske ydeevne. Sammen med den lave varmeudvidelse og modstandsdygtigheden over for oxidation gør det BN til et fremragende materialevalg til anvendelser ved høje temperaturer; mere end dets modstykker af nikkel og kobolt!

Som pulver er BN ligetil at bearbejde med almindelige skæreværktøjer af højhastighedsstål. Værktøj med hårdmetalspids kan være passende til mere udfordrende bornitridkvaliteter (titannitrid eller ZSBN), mens diamantværktøj kan være passende til meget hårde kvaliteter (ZSBN).

Sekskantet bornitrid (hBN) kan let fræses til form med tørslibning ved hjælp af slibemidler eller vandstråler, hvilket gør det velegnet til præcis bearbejdning af komplekse former. I modsætning til mange keramiske materialer udviser bornitrid desuden minimal termisk udvidelse, så skærehastighederne forbliver ensartede under fræsning.

Sintret bornitrid kan forstærkes med oxider og karbider for at opnå forbedrede egenskaber. Et sådant materiale, ZSBN - der består af hårde ZrO2-partikler jævnt fordelt blandt bløde BN-plader i en borosilikatglasmatrix - har stor gavn af forstærkning med oxider og karbider for at opnå vådmodstand, hvilket gør det velegnet til brudringe til strengstøbning samt metalforstøvningsdyser, der er egnede til letmetalsmelter.