Bornitridkeramik und ihre zahlreichen Anwendungen

Die maschinell bearbeitbare Bornitridkeramik ist ein idealer Werkstoff, wenn es um elektrische Isolierung und Wärmeleitfähigkeit sowie außergewöhnliche Festigkeit und Verschleißfestigkeit geht - was sie auch für Schneidwerkzeuge geeignet macht.

Hexagonales Bornitrid weist eine zwiebelartige Struktur mit Schichten auf, die verschiedene Verdrehungswinkel in der Ebene aufweisen, was dieses Material zu einem der zähesten auf dem Markt macht.

Merkmale

Bornitridkeramik ist ein hartes, widerstandsfähiges, verschleißfestes und korrosionsbeständiges Material mit außergewöhnlichen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeitsmerkmalen. Als langlebige Werkstoffe, die sehr hohen Temperaturen und Strahlungsbelastungen standhalten können, sind Bornitridkeramiken ideale Materialien für den Einsatz in Kernreaktoren und in der Luft- und Raumfahrt. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Schmiereigenschaften eignen sie sich auch für den Einsatz in der Fertigung, wo ihre geringe Reibung dazu beiträgt, Metalle beim Schneiden oder Abschleifen reibungsloser zu durchtrennen.

Hexagonales Bornitrid (h-BN) ist eine wichtige technische Keramik mit einer analogen Struktur, die den hexagonalen Schichten von Graphit ähnelt. Bor- und Stickstoffatome sind durch starke kovalente Bindungen verbunden und bilden hexagonale Schichten, die hexagonale Strukturen enthalten, die hexagonal auf hexagonalen Schichten angeordnet sind, wodurch einzigartige Eigenschaften und Merkmale entstehen, die bei anderen technischen Keramiken nicht zu finden sind.

H-BN hält extremen Stößen und Belastungen stand und eignet sich daher ideal als Tiegelmaterial für die Metallurgie von Aluminium, Seltenen Erden, Keramik und anderen Metallen. Darüber hinaus kann es hohem Druck und hohen Temperaturen standhalten, ohne dass es zu Kohlenstoffkorrosion kommt, und bleibt dabei reaktionsfrei mit flüssigem Metall. Darüber hinaus ist h-BN ein hervorragender Kandidat für die Herstellung von Hochleistungsbeschichtungen für die Auskleidung oder Beschichtung von Industrieanlagen.

h-BN lässt sich mit Standard-Schnellstahlwerkzeugen und, falls erforderlich, mit Hartmetall- oder Diamantwerkzeugen leicht bearbeiten. Dadurch lassen sich komplizierte Formen und Details relativ leicht herstellen, was h-BN ideal für Anwendungen macht, die mit anderen keramischen Werkstoffen nicht möglich sind.

Kubisches Bornitrid (c-BN) wird durch Pressen von hexagonalem h-BN unter hohem Druck und hoher Temperatur hergestellt, ähnlich wie synthetischer Diamant aus Graphit geformt wird. Im Gegensatz zu Diamant weist c-BN jedoch einen niedrigen Schmelzpunkt und eine geringe Abriebfestigkeit auf, wodurch es sich für die Herstellung harter Beschichtungen mit hervorragender Kratz- und Abriebfestigkeit eignet.

Die Lonsdaleit-Modifikation von Bornitrid hebt sich von anderen Modifikationen als eines der härtesten bekannten Materialien ab. Mit seinen außergewöhnlichen Eigenschaften und dem Potenzial, sogar c-BN als das härteste Material der Welt zu übertreffen, haben seine einzigartigen Eigenschaften neue Wege für die Forschung im Bereich der keramischen Hochleistungswerkstoffe eröffnet, die zu neuartigen industriellen Anwendungen führen können; aufgrund seiner begrenzten kommerziellen Verfügbarkeit wird Lonsdaleit derzeit jedoch noch nicht ausreichend genutzt.

Anwendungen

Bornitridkeramiken sind aufgrund ihrer thermischen, chemischen und elektrischen Verschleiß- und Bruchfestigkeit ideal für viele Anwendungen. Sie sind leicht, haben eine niedrige Dielektrizitätskonstante und halten hohen Temperaturen stand - was sie zu einer guten Wahl für den Einsatz in der Leistungselektronik macht, die gekühlt werden muss - und werden aufgrund ihrer Festigkeit und Haltbarkeit gerne zur Herstellung von Schneid- und Schleifwerkzeugen für die Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet.

Hexagonales Bornitrid (h-BN) ist eines der am häufigsten erhältlichen keramischen Massenmaterialien. Diese kristalline Verbindung weist eine ähnliche Kristallstruktur wie Graphit auf. Hexagonales Bornitrid ist jedoch wesentlich härter als Graphit und biokompatibel, während es gleichzeitig hohen Temperaturen standhalten kann - was es zu einer hervorragenden Option für zahnmedizinische Anwendungen macht.

Aufgrund seiner außergewöhnlichen thermischen Stabilität und chemischen Inertheit wird h-BN häufig als Korrosionsschutz gegen andere Materialien eingesetzt. H-BN kann die Wasseraufnahme von geschmolzenen Metallen wie Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen sowie von Schlacken, die bei Schmelzprozessen entstehen, verhindern und bietet so einen umfassenden Schutz für Bauteile, die solchen Umgebungen ausgesetzt sind.

H-BN bietet Keramiken, die mit diesen Stoffen in Berührung kommen, einen kompromisslosen Schutz vor Glas, Salzen und den meisten geschmolzenen Metallen - ganz zu schweigen von chemischen Angriffen - und damit einen konkurrenzlosen Schutz. Darüber hinaus ist es resistent gegen chemische Angriffe und eignet sich daher für raue Industrieumgebungen.

Neben seinen wünschenswerten Eigenschaften ist h-BN auch leicht zu bearbeiten. Komplexe Geometrien mit engen Toleranzen können schnell und ohne Kühl- oder Schmiermittel hergestellt werden - dies erleichtert die Herstellung von Teilen mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit.

Herkömmliche keramische Werkstoffe wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid lassen sich unter Umständen nur schwer zu komplexen Formen verarbeiten. Das H-BN-Material hat den Vorteil, dass es mit höheren Geschwindigkeiten bearbeitet werden kann als diese anderen Materialien und sich daher besser für Hochleistungsanwendungen eignet.

Herstellung

Teile aus Bornitrid werden in der Regel durch Heißpressen des Materials bei hohen Temperaturen und hohem Druck hergestellt, wodurch dichte Strukturen mit gleichmäßiger Dichte entstehen. Alternativ können Teile auch aus massiven Blöcken dieses Materials maschinell hergestellt werden. Unabhängig von der Herstellungsmethode müssen alle Bornitrid-Bauteile zunächst auf optische Mängel, chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften geprüft werden, bevor sie in Anwendungen eingesetzt werden.

Bornitrid-Keramik ist ein extrem widerstandsfähiges, maschinell bearbeitbares keramisches Material, das sehr resistent gegen Korrosion und andere raue Umgebungen ist. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner Nichtreaktivität für Anwendungen, die eine hohe Temperaturstabilität erfordern; außerdem reagiert es nicht mit Glas, Salzen oder den meisten Metallen, so dass es sich für den Einsatz im Vakuum eignet.

BN hat zahlreiche Anwendungen und kann in verschiedenen Formen gefunden werden, von gesintertem Bornitrid für Hochtemperaturleistungen und verschleißfesten Schleif- und Schneidstoffen bis hin zu verschleißfesten Werkstoffen und Beschichtungen aus kubischem Bornitrid für Strangpresswerkzeuge, zur Verwendung als Trennmittel für Metallumformungs- und Drahtziehverfahren, Beschichtungen für Strangpresswerkzeuge, Trennmittel für Metallumformungs- oder Drahtziehverfahren sowie aufgrund seiner Temperaturwechselbeständigkeit und seiner elektrischen Isolationseigenschaften, die es zu einem geeigneten Werkstoff für elektronische Hochleistungskomponenten machen.

Die Kristallstruktur von hexagonalem Bornitrid ähnelt der von Graphit und bietet viele der gleichen Leistungsvorteile. Hexagonales Bornitrid wird auch als weißer Graphit bezeichnet und bietet hervorragende thermische Stabilität, elektrische Eigenschaften und Wärmeableitung bei gleichzeitiger Härte und Abriebfestigkeit - Eigenschaften, die es für viele industrielle Anwendungen nützlich machen.

Pyrolitisches Bornitrid (PBN) ist ein ultrahochreines festes Bornitrid, das durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt wird. Wie der Name schon sagt, bietet PBN eine überragende Hochtemperaturleistung und mechanische Festigkeit und kann zu dünnen Platten verarbeitet werden, die in Hall-Effekt-Triebwerken sowie in kundenspezifischen Formen für Feuerfest- und Halbleiteranwendungen verwendet werden können.

Sechseckiges Bornitrid kann mit präzisen Toleranzen bearbeitet werden, was es zu einer ausgezeichneten Materialwahl für Anwendungen mit komplexen Geometrien macht. Das Team von Precision Ceramics verfügt über umfangreiche Erfahrungen mit diesem vielseitigen Werkstoff und kann Sie bei der Konstruktion von Bauteilen unterstützen, die alle Ihre Anforderungen erfüllen. Um zu gewährleisten, dass Sie bei der Herstellung nur qualitativ hochwertige Bornitridteile erhalten, umfassen unsere Qualitätstests Röntgenbeugung und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie, mit denen die Reinheit, die Kristallstruktur bzw. die chemische Zusammensetzung des Materials überprüft werden.

Verarbeitung

Die besonderen physikalischen Eigenschaften von Bornitrid machen es zu einem hervorragenden keramischen Werkstoff, der sich für zahlreiche industrielle Anwendungen eignet. Von gesinterten BN-Bauteilen bis hin zu verschleißfesten Schleifmitteln und Schneidstoffen aus kubischem Bornitrid (cBN) zeichnet sich diese synthetische technische Keramik durch hervorragende chemische Stabilität und mechanische Festigkeit sowie außergewöhnliche thermische Eigenschaften für einen vielseitigen Einsatz aus.

Bornitrid ist aufgrund seiner guten Mikrowellentransparenz und Nassbeständigkeit ein idealer Werkstoff für Ofenbauteile wie Schmelzringe, Isolatoren und Düsen und eignet sich daher für Dichtungsflächen, die mit flüssigen Metallen oder geschmolzenen Schlacken in Kontakt kommen. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner hervorragenden Mikrowellentransparenz und Nassbeständigkeit für die Verwendung als feuerfeste Komponenten.

Aufgrund seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist BN über einen großen Temperaturbereich hinweg sehr stabil und wird durch plötzliche Temperaturanstiege und -abfälle nicht wesentlich beeinträchtigt. Dadurch kann es hohen Temperaturen standhalten, ohne sich in rauen Umgebungen zu zersetzen, in denen andere Materialien schnell reißen oder sich zersetzen würden.

BN hat eine extrem geringe thermische Masse, was seine thermische Leistung weiter verbessert. In Verbindung mit seiner geringen thermischen Ausdehnung und seiner Oxidationsbeständigkeit macht dies BN zu einem ausgezeichneten Material für Hochtemperaturanwendungen, mehr noch als seine Gegenstücke aus Nickel und Kobalt!

Als Pulver lässt sich BN problemlos mit Standard-Schnellstahlwerkzeugen bearbeiten. Für anspruchsvollere Bornitrid-Sorten (Titannitrid oder ZSBN) können Werkzeuge mit Hartmetallspitzen geeignet sein, für sehr harte Sorten (ZSBN) auch Diamantwerkzeuge.

Hexagonales Bornitrid (hBN) kann durch Trockenschleifen mit Schleifmitteln oder Wasserstrahlen leicht in Form gefräst werden und eignet sich daher für die präzise Bearbeitung komplexer Formen. Außerdem weist Bornitrid im Gegensatz zu vielen keramischen Werkstoffen nur eine minimale Wärmeausdehnung auf, so dass die Schnittgeschwindigkeiten bei Fräsvorgängen konstant bleiben.

Gesintertes Bornitrid kann mit Oxiden und Karbiden verstärkt werden, um bessere Eigenschaften zu erzielen. Ein solches Material, ZSBN - bestehend aus harten ZrO2-Teilchen, die gleichmäßig zwischen weichen BN-Plättchen in einer Borsilikatglasmatrix verteilt sind - profitiert in hohem Maße von der Verstärkung mit Oxiden und Karbiden zur Erhöhung der Nassbeständigkeit, wodurch es sich für Strangguss-Bruchringe sowie für Metallzerstäubungsdüsen für Leichtmetallschmelzen eignet.