Κεραμικό νιτριδίου του βορίου και οι πολλές εφαρμογές του

Το κεραμικό νιτριδίου του βορίου που μπορεί να επεξεργαστεί στη μηχανή είναι μια ιδανική επιλογή υλικού όταν αναζητάτε ηλεκτρική μόνωση και θερμική αγωγιμότητα, μαζί με εξαιρετική αντοχή και αντοχή στη φθορά - τα οποία το καθιστούν επίσης κατάλληλο για κοπτικά εργαλεία.

Το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου διαθέτει μια δομή που μοιάζει με κρεμμύδι, με στρώματα που παρουσιάζουν διάφορες γωνίες συστροφής στο επίπεδο, καθιστώντας το υλικό αυτό ένα από τα πιο ανθεκτικά διαθέσιμα υλικά.

Χαρακτηριστικά

Τα κεραμικά νιτριδίου του βορίου είναι σκληρά, ισχυρά, ανθεκτικά στη φθορά και στη διάβρωση υλικά με εξαιρετικά χαρακτηριστικά αντοχής στη φθορά και στη διάβρωση. Ως ανθεκτικά υλικά ικανά να αντέχουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και έκθεση σε ακτινοβολία, τα κεραμικά νιτριδίου του βορίου αποτελούν ιδανικά υλικά για χρήση σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και αεροδιαστημικές εφαρμογές. Οι εξαιρετικές λιπαντικές ιδιότητές τους τα καθιστούν επίσης κατάλληλα για κατασκευαστική χρήση, όπου τα χαμηλά επίπεδα τριβής τους βοηθούν στην ομαλότερη κοπή των μετάλλων κατά την κοπή ή τη λείανση άλλων μετάλλων.

Το εξαγωνικό νιτρίδιο βορίου (h-BN) είναι ένα βασικό κεραμικό μηχανικής με ανάλογη δομή παρόμοια με τα εξαγωνικά στρώματα του γραφίτη, στα οποία τα άτομα βορίου και αζώτου συνδέονται με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς σχηματίζοντας εξαγωνικά στρώματα που περιέχουν εξαγωνικές εξαγωνικές δομές τοποθετημένες εξαγωνικά σε εξαγωνικά στρώματα, δημιουργώντας μοναδικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά που δεν συναντώνται μεταξύ άλλων κεραμικών μηχανικής.

Το H-BN αντέχει καλά σε ακραίες κρούσεις και καταπονήσεις, καθιστώντας το ιδανικό για χρήση ως υλικό χωνευτηρίου στη μεταλλουργία του αλουμινίου, των σπάνιων γαιών, των κεραμικών και άλλων μετάλλων. Επιπλέον, μπορεί να αντέξει υψηλή πίεση και θερμοκρασία χωρίς να υποκύψει σε διάβρωση από άνθρακα, ενώ παραμένει χωρίς αντιδράσεις με υγρό μέταλλο. Επιπλέον, το υλικό αυτό καθιστά το h-BN έναν εξαιρετικό υποψήφιο για την παραγωγή επικαλύψεων υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούνται για την επένδυση ή την επικάλυψη βιομηχανικού εξοπλισμού.

Το h-BN μπορεί να κατεργαστεί εύκολα με τη χρήση τυποποιημένων κοπτικών εργαλείων από χάλυβα υψηλής ταχύτητας και, όταν είναι απαραίτητο, με εργαλεία καρβιδίου ή διαμαντιού. Καθώς επιτρέπει την επίτευξη περίπλοκων σχημάτων και λεπτομερειών με σχετική ευκολία, καθιστώντας το h-BN ιδανικό για εφαρμογές που διαφορετικά είναι αδύνατες με άλλους τύπους κεραμικών υλικών.

Το κυβικό νιτρίδιο του βορίου (c-BN) παράγεται με συμπίεση του εξαγωνικού h-BN υπό υψηλή πίεση και θερμοκρασία, όπως το συνθετικό διαμάντι σχηματίζεται από το γραφίτη. Ωστόσο, σε αντίθεση με το διαμάντι, το c-BN διαθέτει χαμηλά σημεία τήξης και τριβή, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για την παραγωγή σκληρών επικαλύψεων με εξαιρετική αντοχή στις γρατζουνιές και την τριβή.

Η τροποποίηση lonsdaleite του νιτριδίου του βορίου ξεχωρίζει από άλλες τροποποιήσεις ως ένα από τα σκληρότερα γνωστά υλικά. Με τις εξαιρετικές του ιδιότητες και τη δυνατότητα να ξεπεράσει ακόμη και το c-BN ως το σκληρότερο υλικό στον κόσμο, οι μοναδικές του ιδιότητες έχουν ανοίξει νέους δρόμους έρευνας σε κεραμικά υλικά υψηλών επιδόσεων που μπορούν να οδηγήσουν σε νέες βιομηχανικές εφαρμογές- ωστόσο, λόγω της περιορισμένης εμπορικής διαθεσιμότητάς του, ο λονσδαλίτης παραμένει ανεκμετάλλευτος προς το παρόν.

Εφαρμογές

Τα κεραμικά νιτριδίου του βορίου που διαθέτουν θερμική, χημική, ηλεκτρική αντοχή στη φθορά και στη θραύση τα καθιστούν ιδανικά για πολλές εφαρμογές. Καθώς είναι ελαφριά, με χαμηλή διηλεκτρική σταθερά και ιδιαίτερα ανθεκτικές ιδιότητες που αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες - γεγονός που τα καθιστά εξαιρετικές επιλογές για χρήση σε ηλεκτρονικά ισχύος που απαιτούν ψύξη - καθώς και η αντοχή και η ανθεκτικότητά τους τα καθιστούν δημοφιλή για την κατασκευή εργαλείων κοπής και λείανσης για χρήση στην αεροδιαστημική βιομηχανία.

Το εξαγωνικό νιτρίδιο βορίου (h-BN) είναι ένα από τα πιο ευρέως διαθέσιμα χύμα κεραμικά υλικά. Ωστόσο, το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου είναι σημαντικά σκληρότερο από τον γραφίτη και βιοσυμβατό, ενώ μπορεί να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες - γεγονός που το καθιστά εξαιρετική επιλογή για οδοντιατρικές εφαρμογές.

Λόγω της εξαιρετικής θερμικής του σταθερότητας και της χημικής του αδράνειας, το h-BN χρησιμοποιείται συχνά ως αντιδιαβρωτική ασπίδα έναντι άλλων υλικών. Το h-BN μπορεί να αποτρέψει την απορρόφηση νερού από λιωμένα μέταλλα, όπως κράματα αλουμινίου, μαγνησίου και ψευδαργύρου, καθώς και οποιαδήποτε σκωρία που παράγεται κατά τη διάρκεια διαδικασιών τήξης, παρέχοντας ολοκληρωμένη προστασία για εξαρτήματα που εκτίθενται σε τέτοια περιβάλλοντα.

Το H-BN παρέχει στα κεραμικά που έρχονται σε επαφή με αυτές τις ουσίες ασυμβίβαστη προστασία από το γυαλί, τα άλατα και τα περισσότερα λιωμένα μέταλλα - για να μην αναφέρουμε τις χημικές επιθέσεις - απαράμιλλη προστασία. Επιπλέον, είναι ανθεκτικό στις χημικές επιθέσεις, καθιστώντας το κατάλληλο για σκληρά βιομηχανικά περιβάλλοντα.

Εκτός από τις επιθυμητές ιδιότητές του, το h-BN είναι εύκολο στην κατεργασία. Πολύπλοκες γεωμετρίες με στενές ανοχές μπορούν να δημιουργηθούν γρήγορα χωρίς τη χρήση ψυκτικών ή λιπαντικών - αυτό διευκολύνει τη δημιουργία εξαρτημάτων με υψηλή ακρίβεια και επαναληψιμότητα.

Τα παραδοσιακά κεραμικά υλικά, όπως η αλουμίνα ή η ζιρκονία, μπορεί να είναι δύσκολο να κατασκευαστούν σε πολύπλοκα σχήματα. Το υλικό H-BN έχει το πλεονέκτημα ότι κατεργάζεται σε υψηλότερες ταχύτητες από αυτά τα άλλα υλικά και επομένως είναι πιο κατάλληλο για εφαρμογές υψηλών επιδόσεων.

Κατασκευή

Τα εξαρτήματα νιτριδίου του βορίου δημιουργούνται συνήθως με θερμή συμπίεση του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, δημιουργώντας πυκνές δομές με ομοιόμορφη πυκνότητα. Εναλλακτικά, τα εξαρτήματα μπορούν να κατεργαστούν από συμπαγείς όγκους αυτού του υλικού. Ανεξάρτητα από τη μέθοδο κατασκευής, όλα τα εξαρτήματα νιτριδίου του βορίου πρέπει πρώτα να ελέγχονται για οπτικά ελαττώματα, χημική σύνθεση και φυσικές ιδιότητες προτού χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές.

Το κεραμικό υλικό νιτριδίου του βορίου είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό κεραμικό υλικό που μπορεί να κατεργαστεί, εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση και σε άλλα σκληρά περιβάλλοντα. Επιπλέον, η μη αντιδραστικότητά του το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες- επιπλέον, δεν αντιδρά με το γυαλί, τα άλατα ή τα περισσότερα μέταλλα, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε κενό.

Το BN έχει πολυάριθμες εφαρμογές και μπορεί να βρεθεί σε διάφορες μορφές, από το πυροσυσσωματωμένο νιτρίδιο βορίου για απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες και ανθεκτικά στη φθορά λειαντικά και κοπτικά υλικά έως τα ανθεκτικά στη φθορά υλικά και επιστρώσεις για εργαλεία διέλασης, τη χρήση ως αποκολλητικά μέσα για διαδικασίες διαμόρφωσης μετάλλων και σύρματος, επιστρώσεις που χρησιμοποιούνται σε εργαλεία διέλασης, αποκολλητικά μέσα που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια διαδικασιών διαμόρφωσης μετάλλων ή σύρματος, καθώς και τις ιδιότητες αντίστασης σε θερμικό σοκ και τις ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης, καθιστώντας το κατάλληλη επιλογή υλικού για ηλεκτρονικά εξαρτήματα υψηλής ισχύος λόγω των ιδιοτήτων αντίστασης σε θερμικό σοκ και των ιδιοτήτων ηλεκτρικής μόνωσης.

Η κρυσταλλική δομή του εξαγωνικού νιτριδίου του βορίου μοιάζει με αυτή του γραφίτη, παρέχοντας πολλά από τα ίδια οφέλη απόδοσης. Αναφέρεται επίσης ως λευκός γραφίτης, το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου παρέχει εξαιρετική θερμική σταθερότητα, ηλεκτρικές ιδιότητες και δυνατότητες απαγωγής θερμότητας, ενώ είναι σκληρό και ανθεκτικό στην τριβή - ιδιότητες που το καθιστούν χρήσιμο σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές.

Το πυρολιτικό νιτρίδιο βορίου (PBN) είναι ένα στερεό νιτρίδιο βορίου εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας που παράγεται μέσω χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD). Όπως υποδηλώνει και το όνομά του, το PBN προσφέρει ανώτερες επιδόσεις σε υψηλές θερμοκρασίες καθώς και μηχανική αντοχή και μπορεί να κατασκευαστεί σε λεπτά φύλλα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε προωθητήρες Hall Effect, καθώς και σε προσαρμοσμένα σχήματα που έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιηθούν σε πυρίμαχες εφαρμογές και εφαρμογές ημιαγωγών.

Το εξαγωνικό νιτρίδιο βορίου μπορεί να κατεργαστεί με ακριβείς ανοχές, καθιστώντας το εξαιρετική επιλογή υλικού για εφαρμογές που περιλαμβάνουν πολύπλοκες γεωμετρίες. Η ομάδα της Precision Ceramics έχει εκτεταμένη εμπειρία στην εργασία με αυτό το ευέλικτο υλικό και μπορεί να βοηθήσει στο σχεδιασμό εξαρτημάτων που ανταποκρίνονται σε όλες τις απαιτήσεις σας. Προκειμένου να εγγυηθούμε ότι θα λάβετε μόνο εξαρτήματα νιτριδίου βορίου υψηλής ποιότητας κατά την κατασκευή, οι δοκιμές ποιότητας που πραγματοποιούμε περιλαμβάνουν δοκιμές περίθλασης ακτίνων Χ και φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier, οι οποίες επαληθεύουν την καθαρότητα, την κρυσταλλική δομή και τη χημική του σύνθεση αντίστοιχα.

Επεξεργασία

Οι χαρακτηριστικές φυσικές ιδιότητες του νιτριδίου του βορίου το καθιστούν ένα εξαιρετικό κεραμικό υλικό, ιδανικό για χρήση σε πολυάριθμες βιομηχανικές εφαρμογές. Από τα συμπυκνωμένα εξαρτήματα BN έως τα λειαντικά και τα υλικά κοπής με αντοχή στη φθορά από κυβικό νιτρίδιο βορίου (cBN), αυτό το συνθετικό τεχνικό κεραμικό διαθέτει ανώτερη χημική σταθερότητα και μηχανική αντοχή μαζί με εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες για χρήση σε όλους τους τομείς.

Το νιτρίδιο του βορίου είναι ιδανικό υλικό για εξαρτήματα φούρνων, όπως δακτύλιοι τήξης, μονωτήρες και ακροφύσια, λόγω της καλής διαφάνειας μικροκυμάτων και της αντοχής του στο υγρό, που το καθιστούν κατάλληλο για στεγανοποίηση επιφανειών που έρχονται σε επαφή με υγρά μέταλλα ή λιωμένες σκωρίες. Επιπλέον, η άριστη διαφάνεια μικροκυμάτων και η αντοχή του σε υγρασία το καθιστούν κατάλληλο για χρήση ως πυρίμαχα εξαρτήματα.

Λόγω του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής του, το BN είναι ιδιαίτερα σταθερό σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και δεν επηρεάζεται σημαντικά από απότομες αυξήσεις και μειώσεις της θερμοκρασίας. Αυτό του επιτρέπει να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να υποβαθμίζεται σε σκληρά περιβάλλοντα, όπου άλλα υλικά θα έσπαζαν ή θα αποσυντίθεντο γρήγορα.

Το BN έχει εξαιρετικά χαμηλή θερμική μάζα, η οποία βελτιώνει περαιτέρω τη θερμική του απόδοση. Σε συνδυασμό με τις ιδιότητες χαμηλής θερμικής διαστολής και αντίστασης στην οξείδωση, αυτό καθιστά το BN μια εξαιρετική επιλογή υλικού για εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών- περισσότερο από τα αντίστοιχα νικέλιο και κοβάλτιο!

Ως σκόνη, το BN είναι εύκολο να κατεργαστεί με τυποποιημένα κοπτικά εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Τα εργαλεία με άκρη καρβιδίου μπορεί να είναι κατάλληλα για πιο δύσκολες ποιότητες νιτριδίου του βορίου (νιτρίδιο τιτανίου ή ZSBN), ενώ τα εργαλεία με διαμάντια μπορεί να είναι κατάλληλα για πολύ σκληρές ποιότητες (ZSBN).

Το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου (hBN) μπορεί εύκολα να φρεζαριστεί σε σχήμα με ξηρή λείανση χρησιμοποιώντας λειαντικά ή πίδακες νερού, καθιστώντας το κατάλληλο για ακριβή κατεργασία πολύπλοκων σχημάτων. Επιπλέον, σε αντίθεση με πολλά κεραμικά υλικά, το νιτρίδιο του βορίου παρουσιάζει ελάχιστη θερμική διαστολή, οπότε οι ταχύτητες κοπής παραμένουν σταθερές κατά τη διάρκεια των εργασιών φρεζαρίσματος.

Το πυροσυσσωματωμένο νιτρίδιο βορίου μπορεί να ενισχυθεί με οξείδια και καρβίδια για την επίτευξη βελτιωμένων ιδιοτήτων. Ένα τέτοιο υλικό, το ZSBN - αποτελούμενο από σκληρά σωματίδια ZrO2 ομοιόμορφα διασκορπισμένα μεταξύ μαλακών πλακιδίων BN σε μήτρα βοριοπυριτικού γυαλιού - επωφελείται σημαντικά από την ενίσχυση με οξείδια και καρβίδια για αντοχή στο υγρό, καθιστώντας το κατάλληλο για δακτυλίους θραύσης συνεχούς χύτευσης καθώς και για ακροφύσια ψεκασμού μετάλλων κατάλληλα για ελαφρά τήγματα μετάλλων.