La cerámica de nitruro de boro y sus múltiples aplicaciones

La cerámica de nitruro de boro mecanizable es una opción de material ideal cuando se busca aislamiento eléctrico y conductividad térmica, junto con una solidez y resistencia al desgaste excepcionales, lo que también la hace adecuada para herramientas de corte.

El nitruro de boro hexagonal presenta una estructura en forma de cebolla con capas que presentan diversos ángulos de torsión en el plano, lo que convierte a este material en uno de los más resistentes que existen.

Características

Las cerámicas de nitruro de boro son materiales duros, fuertes, resistentes al desgaste y a la corrosión, con características excepcionales de resistencia al desgaste y a la corrosión. Como materiales duraderos capaces de soportar temperaturas muy altas y la exposición a la radiación, las cerámicas de nitruro de boro son materiales ideales para su uso en reactores nucleares y aplicaciones aeroespaciales. Sus excepcionales propiedades lubricantes también los hacen adecuados para su uso en la industria manufacturera, donde sus bajos niveles de fricción ayudan a cortar metales con mayor suavidad mientras se cortan o esmerilan otros metales.

El nitruro de boro hexagonal (h-BN) es una cerámica de ingeniería esencial con una estructura análoga a las capas hexagonales del grafito, en la que los átomos de boro y nitrógeno están unidos por fuertes enlaces covalentes formando capas hexagonales que contienen estructuras hexagonales dispuestas hexagonalmente sobre capas hexagonales, creando propiedades y características únicas que no se encuentran entre otras cerámicas de ingeniería.

El H-BN resiste bien los choques y las tensiones extremas, por lo que resulta ideal como material de crisol en la metalurgia del aluminio, las tierras raras, la cerámica y otros metales. Además, soporta altas presiones y temperaturas sin sucumbir a la corrosión por carbono, al tiempo que no reacciona con el metal líquido. Además, este material hace del h-BN un candidato excelente para producir revestimientos de alto rendimiento utilizados para revestir o recubrir equipos industriales.

El h-BN puede mecanizarse fácilmente con herramientas de corte estándar de acero rápido y, en caso necesario, con herramientas de carburo o diamante. Como permite conseguir formas y detalles intrincados con relativa facilidad, el h-BN resulta ideal para aplicaciones que de otro modo serían imposibles con otros tipos de materiales cerámicos.

El nitruro de boro cúbico (c-BN) se fabrica presionando el h-BN hexagonal a alta presión y temperatura, de forma parecida a como se forma el diamante sintético a partir del grafito. Sin embargo, a diferencia del diamante, el c-BN presenta bajos puntos de fusión y abrasividad, lo que lo hace adecuado para producir revestimientos duros con excelente resistencia al rayado y la abrasión.

a modificación lonsdaleítica del nitruro de boro destaca sobre otras modificaciones como uno de los materiales más duros que se conocen. Con sus extraordinarias propiedades y su potencial para superar incluso al c-BN como material más duro del mundo, sus propiedades únicas han abierto nuevas vías de investigación en materiales cerámicos de alto rendimiento que pueden dar lugar a novedosas aplicaciones industriales; sin embargo, debido a su limitada disponibilidad comercial, la lonsdaleíta sigue estando infraexplotada en estos momentos.

Aplicaciones

Las cerámicas de nitruro de boro son ideales para muchas aplicaciones por su resistencia térmica, química, eléctrica, al desgaste y a la fractura. Gracias a su ligereza, su baja constante dieléctrica y sus propiedades altamente duraderas, resisten altas temperaturas -lo que los convierte en una opción ideal para su uso en electrónica de potencia que requiere refrigeración-, y su resistencia y durabilidad hacen que sean muy utilizados en la fabricación de herramientas de corte y rectificado para la industria aeroespacial.

El nitruro de boro hexagonal (h-BN) es uno de los materiales cerámicos a granel más ampliamente disponibles. Este compuesto cristalino comparte estructuras cristalinas similares a las del grafito; sin embargo, el nitruro de boro hexagonal es significativamente más duro que el grafito y biocompatible, a la vez que capaz de soportar altas temperaturas, lo que lo convierte en una excelente opción para aplicaciones dentales.

Debido a su excepcional estabilidad térmica e inercia química, el h-BN se emplea a menudo como escudo anticorrosión frente a otros materiales. El H-BN puede impedir la absorción de agua de metales fundidos como las aleaciones de aluminio, magnesio y zinc, así como de cualquier escoria producida durante los procesos de fundición, lo que proporciona una protección integral a los componentes expuestos a dichos entornos.

El H-BN proporciona a la cerámica que entra en contacto con estas sustancias una protección sin concesiones frente al vidrio, las sales y la mayoría de los metales fundidos, por no hablar de los ataques químicos: una protección sin igual. Además, es resistente a los ataques químicos, lo que lo hace idóneo para entornos industriales hostiles.

Además de sus deseables propiedades, el h-BN es fácil de mecanizar. Se pueden crear rápidamente geometrías complejas con tolerancias ajustadas sin utilizar refrigerantes ni lubricantes, lo que facilita la creación de piezas con gran precisión y repetibilidad.

Los materiales cerámicos tradicionales, como la alúmina o la circonia, pueden resultar difíciles de mecanizar para darles formas complejas. El material H-BN tiene la ventaja de poder mecanizarse a mayor velocidad que estos otros materiales y, por tanto, es más adecuado para aplicaciones de alto rendimiento.

Fabricación

Las piezas de nitruro de boro suelen crearse prensando el material en caliente a altas temperaturas y presiones, lo que crea estructuras densas con una densidad uniforme. Alternativamente, las piezas pueden mecanizarse a partir de bloques sólidos de este material. Sea cual sea el método de fabricación empleado, todos los componentes de nitruro de boro deben someterse a un control previo de defectos visuales, composición química y propiedades físicas antes de ser utilizados en aplicaciones.

El material cerámico de nitruro de boro es un material cerámico mecanizable extremadamente elástico, muy resistente a la corrosión y a otros entornos agresivos. Además, su no reactividad lo hace adecuado para aplicaciones que requieren estabilidad a altas temperaturas; tampoco reacciona con el vidrio, las sales ni la mayoría de los metales, por lo que es apto para su uso en vacío.

El BN tiene numerosas aplicaciones y puede encontrarse en varias formas, desde nitruro de boro sinterizado para rendimiento a altas temperaturas y abrasivos y materiales de corte resistentes al desgaste, hasta materiales y revestimientos resistentes al desgaste de nitruro de boro cúbico para herramientas de extrusión, pasando por su uso como agentes desmoldeantes en procesos de conformado de metales y trefilado de alambres, revestimientos utilizados en herramientas de extrusión, agentes desmoldeantes utilizados durante operaciones de conformado de metales o trefilado de alambres, así como sus propiedades de resistencia al choque térmico y propiedades de aislamiento eléctrico, lo que lo convierte en una elección de material adecuada para componentes electrónicos de alta potencia debido a sus propiedades de resistencia al choque térmico y propiedades de aislamiento eléctrico.

La estructura cristalina del nitruro de boro hexagonal se asemeja a la del grafito, por lo que ofrece muchas de las mismas ventajas de rendimiento. También conocido como grafito blanco, el nitruro de boro hexagonal ofrece una excelente estabilidad térmica, propiedades eléctricas y capacidad de disipación del calor, al tiempo que es duro y resistente a la abrasión, cualidades que lo hacen útil en muchas aplicaciones industriales.

El nitruro de boro pirolítico (PBN) es un nitruro de boro sólido de pureza ultra alta producido mediante deposición química en fase vapor (CVD). Como su nombre indica, el PBN ofrece un rendimiento superior a altas temperaturas, así como resistencia mecánica, y puede fabricarse en finas láminas que pueden utilizarse en propulsores de efecto Hall, así como en formas personalizadas diseñadas para su uso en aplicaciones refractarias y de semiconductores.

El nitruro de boro hexagonal puede mecanizarse con tolerancias precisas, lo que lo convierte en una excelente elección de material para aplicaciones que implican geometrías complejas. El equipo de Precision Ceramics tiene una amplia experiencia trabajando con este versátil material y puede ayudarle a diseñar componentes que cumplan todos sus requisitos. Para garantizarle que sólo recibe piezas de nitruro de boro de alta calidad durante la fabricación, nuestras pruebas de calidad incluyen pruebas de difracción de rayos X y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier que verifican su pureza, estructura cristalina y composición química respectivamente.

Tratamiento

Las propiedades físicas distintivas del nitruro de boro lo convierten en un material cerámico excepcional, perfecto para su uso en numerosas aplicaciones industriales. Desde componentes sinterizados de BN hasta abrasivos resistentes al desgaste y materiales de corte de nitruro de boro cúbico (cBN), esta cerámica técnica sintética presenta una estabilidad química y una resistencia mecánica superiores, además de unas propiedades térmicas excepcionales para un uso polivalente.

El nitruro de boro es un material ideal para componentes de hornos, como anillos de fusión, aisladores y toberas, debido a su buena transparencia a las microondas y su resistencia a la humedad, que lo hacen adecuado para sellar superficies en contacto con metales líquidos o escorias fundidas. Además, su excelente transparencia a las microondas y su resistencia a la humedad lo hacen adecuado para su uso como componente refractario.

Gracias a su bajo coeficiente de dilatación térmica, el BN es muy estable en un amplio rango de temperaturas y no se ve afectado significativamente por los aumentos y descensos bruscos de temperatura. Esto le permite soportar altas temperaturas sin degradarse en entornos agresivos en los que otros materiales se agrietarían o descompondrían rápidamente.

El BN tiene una masa térmica extremadamente baja, lo que mejora aún más su rendimiento térmico. Esto, unido a sus propiedades de baja expansión térmica y resistencia a la oxidación, convierte al BN en un material excelente para aplicaciones de alta temperatura, ¡más que sus homólogos de níquel y cobalto!

Como polvo, el BN es fácil de mecanizar con herramientas de corte estándar de acero rápido. Las herramientas de punta de carburo pueden ser adecuadas para grados más difíciles de nitruro de boro (nitruro de titanio o ZSBN), mientras que las herramientas de diamante pueden ser adecuadas para grados muy duros (ZSBN).

El nitruro de boro hexagonal (hBN) puede fresarse fácilmente en seco con abrasivos o chorros de agua, lo que lo hace adecuado para el mecanizado preciso de formas complejas. Además, a diferencia de muchos materiales cerámicos, el nitruro de boro presenta una dilatación térmica mínima, por lo que las velocidades de corte se mantienen constantes durante las operaciones de fresado.

El nitruro de boro sinterizado puede reforzarse con óxidos y carburos para mejorar sus propiedades. Uno de estos materiales, el ZSBN -compuesto por partículas duras de ZrO2 dispersas uniformemente entre plaquetas blandas de BN en una matriz de vidrio de borosilicato- se beneficia enormemente del refuerzo con óxidos y carburos para la resistencia a la humedad, lo que lo hace adecuado para anillos de rotura de colada continua, así como para boquillas atomizadoras de metal adecuadas para fundiciones de metales ligeros.