Boorinitridikeraaminen ja sen monet sovellukset

Koneistettava boorinitridikeraami on ihanteellinen materiaalivalinta, kun etsitään sähköeristystä ja lämmönjohtavuutta sekä poikkeuksellista lujuutta ja kulutuskestävyyttä - mikä tekee siitä sopivan myös leikkaustyökaluihin.

Kuusikulmaisessa boorinitridissä on sipulimainen rakenne, jonka kerroksissa on erilaisia tasossa olevia kiertymiskulmia, mikä tekee tästä materiaalista yhden lujimmista saatavilla olevista materiaaleista.

Ominaisuudet

Boorinitridikeramiikka on kovaa, vahvaa, kulutusta ja korroosiota kestävää materiaalia, jolla on poikkeukselliset kulutuksen- ja korroosionkestävyysominaisuudet. Kestävinä materiaaleina, jotka kestävät hyvin korkeita lämpötiloja ja säteilyaltistusta, boorinitridikeramiikka on ihanteellinen materiaali käytettäväksi ydinreaktoreissa ja ilmailu- ja avaruussovelluksissa. Niiden poikkeukselliset voiteluominaisuudet tekevät niistä sopivia myös valmistuskäyttöön, jossa niiden alhainen kitkataso auttaa leikkaamaan metallien läpi tasaisemmin, kun muita metalleja leikataan tai hiotaan pois.

Heksagonaalinen boorinitridi (h-BN) on olennainen tekninen keramiikka, jonka analoginen rakenne muistuttaa grafiitin kuusikulmaisia kerroksia, joissa boori- ja typpiatomit ovat sidoksissa vahvoilla kovalenttisilla sidoksilla muodostaen kuusikulmaisia kerroksia, jotka sisältävät kuusikulmaisia kuusikulmaisia rakenteita, jotka on järjestetty kuusikulmaisesti kuusikulmaisiin kerroksiin, mikä luo ainutlaatuisia ominaisuuksia ja ominaisuuksia, joita ei löydy muista teknisistä keraamisista.

H-BN kestää hyvin äärimmäisiä iskuja ja rasituksia, joten se soveltuu erinomaisesti upokkaaksi alumiinin, harvinaisten maametallien, keramiikan ja muiden metallien metallurgiassa. Lisäksi se kestää korkeaa painetta ja lämpötilaa ilman hiilikorroosiota, ja se ei reagoi nestemäisen metallin kanssa. Lisäksi tämä materiaali tekee h-BN:stä erinomaisen ehdokkaan korkean suorituskyvyn omaavien pinnoitteiden valmistukseen, joita käytetään teollisuuslaitteiden päällystämiseen tai pinnoittamiseen.

h-BN voidaan työstää helposti tavallisilla pikateräksisillä leikkuutyökaluilla ja tarvittaessa kovametalli- tai timanttityökaluilla. Sen avulla voidaan suhteellisen helposti saavuttaa monimutkaisia muotoja ja yksityiskohtia, minkä vuoksi h-BN on ihanteellinen sovelluksiin, jotka ovat muuten mahdottomia muilla keraamisilla materiaaleilla.

Kuutioboorinitridiä (c-BN) valmistetaan puristamalla kuusikulmaista h-BN:ää korkeassa paineessa ja lämpötilassa, aivan kuten synteettinen timantti muodostetaan grafiitista. Toisin kuin timantilla, c-BN:llä on kuitenkin alhainen sulamispiste ja hankauskyky, minkä vuoksi se soveltuu kovien pinnoitteiden valmistukseen, joilla on erinomainen naarmuuntumis- ja hankauskestävyys.

boorinitridin lonsdaleiittimodifikaatio erottuu muista modifikaatioista yhtenä kovimmista tunnetuista materiaaleista. Sen poikkeukselliset ominaisuudet ja potentiaali ylittää jopa c-BN:n maailman kovimpana materiaalina, ja sen ainutlaatuiset ominaisuudet ovat avanneet uusia tutkimusväyliä korkean suorituskyvyn keraamisille materiaaleille, jotka voivat johtaa uudenlaisiin teollisiin sovelluksiin; lonsdaleiitin rajallisen kaupallisen saatavuuden vuoksi lonsdaleiittiä ei kuitenkaan hyödynnetä vielä riittävästi.

Sovellukset

Boorinitridikeraamit ovat ihanteellisia moniin sovelluksiin, koska ne kestävät lämpöä, kemikaaleja, sähköistä kulumista ja murtumista. Koska ne ovat kevyitä, niillä on alhainen dielektrisyysvakio ja erittäin kestävät ominaisuudet, jotka kestävät korkeita lämpötiloja - mikä tekee niistä loistavia valintoja jäähdytystä vaativassa tehoelektroniikassa käytettäväksi - sekä niiden lujuus ja kestävyys tekevät niistä suosittuja leikkuu- ja hiontatyökalujen valmistuksessa ilmailu- ja avaruusteollisuudessa.

Heksagonaalinen boorinitridi (h-BN) on yksi yleisimmin saatavilla olevista keraamisista bulkkimateriaaleista. Tämä kiteinen yhdiste muistuttaa kiderakenteeltaan grafiittia, mutta heksagonaalinen boorinitridi on huomattavasti kovempaa kuin grafiitti, bioyhteensopivaa ja kestää korkeita lämpötiloja, mikä tekee siitä erinomaisen vaihtoehdon hammaslääketieteellisiin sovelluksiin.

Poikkeuksellisen lämmönkestävyytensä ja kemiallisen inerttiutensa vuoksi h-BN:ää käytetään usein korroosionestosuojana muita materiaaleja vastaan. H-BN voi estää veden imeytymisen sulasta metallista, kuten alumiini-, magnesium- ja sinkkiseoksista, sekä sulatusprosesseissa syntyvästä kuonasta, mikä tarjoaa kattavan suojan tällaisille ympäristöille altistuville komponenteille.

H-BN tarjoaa näiden aineiden kanssa kosketuksiin joutuville keraameille tinkimättömän suojan lasia, suoloja ja useimpia sulaneita metalleja vastaan - kemiallisista hyökkäyksistä puhumattakaan - vertaansa vailla olevan suojan. Lisäksi se kestää kemiallisia hyökkäyksiä, joten se soveltuu vaativiin teollisuusympäristöihin.

Haluttujen ominaisuuksiensa lisäksi h-BN on helppo työstää. Monimutkaiset geometriat, joissa on tiukat toleranssit, voidaan luoda nopeasti ilman jäähdytys- tai voiteluaineita - tämä helpottaa osien valmistamista suurella tarkkuudella ja toistettavuudella.

Perinteisiä keraamisia materiaaleja, kuten alumiinioksidia tai zirkoniaa, voi olla vaikea työstää monimutkaisiin muotoihin. H-BN-materiaalin etuna on se, että se voidaan työstää nopeammin kuin nämä muut materiaalit, joten se soveltuu paremmin korkean suorituskyvyn sovelluksiin.

Valmistus

Boorinitridiosat luodaan tyypillisesti kuumapuristamalla materiaalia korkeissa lämpötiloissa ja korkeissa paineissa, jolloin syntyy tiiviitä rakenteita, joiden tiheys on tasainen. Vaihtoehtoisesti osat voidaan työstää massiivisista tämän materiaalin kappaleista. Riippumatta siitä, mitä valmistusmenetelmää käytetään, kaikki boorinitridikomponentit on ensin tarkistettava visuaalisten vikojen, kemiallisen koostumuksen ja fysikaalisten ominaisuuksien osalta ennen kuin ne otetaan käyttöön sovelluksissa.

Boorinitridikeraaminen materiaali on erittäin kestävä, työstettävä keraaminen materiaali, joka kestää hyvin korroosiota ja muita vaativia ympäristöjä. Lisäksi se ei reagoi lasin, suolojen tai useimpien metallien kanssa, joten se soveltuu tyhjiöpohjaiseen käyttöön.

BN:llä on lukuisia käyttökohteita, ja sitä esiintyy useissa eri muodoissa, kuten sintrattua boorinitridiä korkean lämpötilan suorituskykyä ja kulutusta kestävinä hioma- ja leikkausmateriaaleina, kulutusta kestäviä kuutiomaisia boorinitridin kulutusta kestäviä materiaaleja ja pinnoitteita suulakepuristustyökaluihin, metallinmuodostuksen ja langanvetoprosessien irrotusaineina, suulakepuristustyökaluissa käytettäviä pinnoitteita, metallinmuodostuksen tai langanvetoprosessien aikana käytettäviä irrotusaineita sekä sen lämpöshokin kestävyysominaisuuksia ja sähköisiä eristysominaisuuksia, mikä tekee siitä lämpöshokin kestävyysominaisuuksiensa ja sähköisten eristysominaisuuksiensa ansiosta sopivan materiaalivalinnan suuritehoisille elektroniikkakomponentteille.

Kuusikulmaisen boorinitridin kiderakenne muistuttaa grafiitin rakennetta, ja se tarjoaa monia samoja suorituskykyetuja. Heksagonaalinen boorinitridi, jota kutsutaan myös valkoiseksi grafiitiksi, tarjoaa erinomaisen lämmönkestävyyden, sähköiset ominaisuudet ja lämmönsiirtokyvyn, mutta se on samalla sekä kovaa että kulutusta kestävää - ominaisuuksia, jotka tekevät siitä käyttökelpoisen monissa teollisissa sovelluksissa.

Pyroliittiboorinitridi (PBN) on erittäin erittäin puhdasta kiinteää boorinitridiä, joka on valmistettu kemiallisella höyrystysmenetelmällä (CVD). Nimensä mukaisesti PBN tarjoaa erinomaisen korkean lämpötilan suorituskyvyn ja mekaanisen lujuuden, ja siitä voidaan valmistaa ohuita levyjä, joita voidaan käyttää Hall-efektin työntövoimalaitteissa, sekä räätälöityjä muotoja, jotka on suunniteltu käytettäväksi tulenkestävissä ja puolijohteisiin liittyvissä sovelluksissa.

Kuusikulmainen boorinitridi voidaan työstää tarkoilla toleransseilla, mikä tekee siitä erinomaisen materiaalivalinnan sovelluksiin, joihin liittyy monimutkaisia geometrioita. Precision Ceramicsin tiimillä on laaja kokemus tämän monipuolisen materiaalin kanssa työskentelystä, ja se voi auttaa suunnittelemaan komponentteja, jotka täyttävät kaikki vaatimuksesi. Varmistaaksemme, että saat valmistuksen aikana vain korkealaatuisia boorinitridiosia, laatutesteihimme kuuluvat röntgendiffraktio- ja Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopiatestit, joilla tarkistetaan materiaalin puhtaus, kiderakenne ja kemiallinen koostumus.

Käsittely

Boorinitridin erityiset fysikaaliset ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen keraamisen materiaalin, joka soveltuu erinomaisesti käytettäväksi useissa teollisissa sovelluksissa. Tämä synteettinen tekninen keraaminen materiaali on sintrattujen BN-komponenttien ja kuutiomaisen boorinitridin (cBN) kulutusta kestävien hioma- ja leikkuumateriaalien lisäksi myös kemiallisesti vakaa ja mekaanisesti luja, ja sillä on poikkeukselliset lämpöominaisuudet, jotka mahdollistavat sen monipuolisen käytön.

Boorinitridi on ihanteellinen materiaali uunien komponentteihin, kuten sulatusrenkaisiin, eristeisiin ja suuttimiin, koska se on hyvä mikroaaltojen läpinäkyvyyden ja märkäkestävyyden vuoksi, joten se soveltuu nestemäisten metallien tai sulan kuonan kanssa kosketuksissa olevien pintojen tiivistämiseen. Lisäksi sen erinomainen mikroaaltojen läpinäkyvyys ja märkäkestävyys tekevät siitä sopivan käytettäväksi tulenkestävinä komponentteina.

Koska BN:n lämpölaajenemiskerroin on alhainen, se on erittäin stabiili laajalla lämpötila-alueella, eivätkä äkilliset lämpötilan nousut ja laskut vaikuta siihen merkittävästi. Tämän ansiosta se kestää korkeita lämpötiloja hajoamatta ankarissa ympäristöissä, joissa muut materiaalit halkeaisivat tai hajoaisivat nopeasti.

BN:llä on erittäin pieni lämpömassa, mikä parantaa entisestään sen lämpötehoa. Kun tähän yhdistetään sen alhainen lämpölaajeneminen ja hapettumisenkestävyys, BN on erinomainen materiaalivalinta korkeiden lämpötilojen sovelluksiin, jopa parempi kuin sen nikkeli- ja kobolttimateriaalit!

Jauheena BN on helppo työstää tavallisilla pikateräksisillä leikkuutyökaluilla. Karbidikärkiset työkalut voivat soveltua haastavampiin boorinitridilaatuihin (titaaninitridi tai ZSBN), kun taas timanttityökalut voivat soveltua erittäin koviin laatuluokkiin (ZSBN).

Kuusikulmainen boorinitridi (hBN) voidaan helposti jyrsiä muotoonsa kuivahionnalla hioma- tai vesisuihkuilla, joten se soveltuu monimutkaisten muotojen tarkkaan työstöön. Lisäksi toisin kuin monilla keraamisilla materiaaleilla, boorinitridillä on minimaalinen lämpölaajeneminen, joten leikkausnopeudet pysyvät tasaisina jyrsintätoimintojen aikana.

Sintrattua boorinitridiä voidaan vahvistaa oksideilla ja karbideilla parempien ominaisuuksien saavuttamiseksi. Yksi tällainen materiaali, ZSBN - joka koostuu kovista ZrO2-hiukkasista, jotka ovat tasaisesti jakautuneet pehmeiden BN-levyjen sekaan borosilikaattilasimatriisissa - hyötyy suuresti oksidien ja karbidien vahvistamisesta märkäkestävyyden lisäämiseksi, minkä vuoksi se soveltuu jatkuvavalun katkaisurenkaisiin sekä kevytmetallisuloille soveltuviin metallin sumutussuuttimiin.