La céramique de nitrure de bore et ses nombreuses applications

La céramique de nitrure de bore usinable est un matériau idéal pour l'isolation électrique et la conductivité thermique, ainsi que pour une solidité et une résistance à l'usure exceptionnelles, ce qui la rend également adaptée aux outils de coupe.

Le nitrure de bore hexagonal présente une structure en forme d'oignon avec des couches qui présentent différents angles de torsion dans le plan, ce qui fait de ce matériau l'un des plus résistants qui soient.

Caractéristiques

Les céramiques de nitrure de bore sont des matériaux durs, solides, résistants à l'usure et à la corrosion, qui présentent des caractéristiques exceptionnelles de résistance à l'usure et à la corrosion. En tant que matériaux durables capables de résister à des températures très élevées et à l'exposition aux radiations, les céramiques de nitrure de bore sont idéales pour les réacteurs nucléaires et les applications aérospatiales. Leurs propriétés lubrifiantes exceptionnelles les destinent également à l'industrie manufacturière, où leurs faibles niveaux de frottement permettent de couper les métaux plus facilement tout en coupant ou en meulant d'autres métaux.

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est une céramique technique essentielle dont la structure analogue est similaire aux couches hexagonales du graphite. Les atomes de bore et d'azote sont liés par de fortes liaisons covalentes formant des couches hexagonales qui contiennent des structures hexagonales disposées hexagonalement sur des couches hexagonales, créant ainsi des propriétés et des caractéristiques uniques que l'on ne retrouve pas dans d'autres céramiques techniques.

Le H-BN résiste bien aux chocs et aux contraintes extrêmes, ce qui le rend idéal comme matériau de creuset dans la métallurgie de l'aluminium, des terres rares, des céramiques et d'autres métaux. En outre, il peut supporter des pressions et des températures élevées sans succomber à la corrosion par le carbone, tout en restant sans réaction avec le métal liquide. En outre, ce matériau fait du h-BN un excellent candidat pour la production de revêtements de haute performance utilisés pour revêtir les équipements industriels.

Le h-BN peut être usiné facilement à l'aide d'outils de coupe standard en acier rapide et, si nécessaire, d'outils en carbure ou en diamant. Comme il permet d'obtenir des formes et des détails complexes avec une relative facilité, le h-BN est idéal pour des applications impossibles à réaliser avec d'autres types de matériaux céramiques.

Le nitrure de bore cubique (c-BN) est obtenu en soumettant le h-BN hexagonal à une pression et à une température élevées, de la même manière que le diamant synthétique est formé à partir du graphite. Toutefois, contrairement au diamant, le c-BN se caractérise par des points de fusion et une abrasivité faibles, ce qui le rend adapté à la production de revêtements durs présentant une excellente résistance aux rayures et à l'abrasion.

La modification du nitrure de bore par la lonsdaléite se distingue des autres modifications par le fait qu'il s'agit de l'un des matériaux les plus durs que l'on connaisse. Avec ses propriétés extraordinaires et son potentiel de surpasser même le c-BN en tant que matériau le plus dur au monde, ses propriétés uniques ont ouvert de nouvelles voies de recherche dans les matériaux céramiques à haute performance qui peuvent conduire à de nouvelles applications industrielles ; cependant, en raison de sa disponibilité commerciale limitée, la lonsdaléite reste sous-exploitée à ce jour.

Applications

Les céramiques de nitrure de bore présentent une résistance thermique, chimique, électrique, à l'usure et à la rupture, ce qui les rend idéales pour de nombreuses applications. Leur légèreté, leur faible constante diélectrique et leurs propriétés hautement durables leur permettent de résister à des températures élevées, ce qui en fait un choix idéal pour l'électronique de puissance nécessitant un refroidissement. Leur résistance et leur durabilité en font des matériaux très prisés pour la fabrication d'outils de coupe et de meulage destinés à l'industrie aérospatiale.

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est l'un des matériaux céramiques en vrac les plus répandus. Ce composé cristallin partage des structures cristallines similaires à celles du graphite ; cependant, le nitrure de bore hexagonal est nettement plus dur que le graphite et biocompatible, tout en étant capable de résister à des températures élevées - ce qui en fait une excellente option pour les applications dentaires.

En raison de son exceptionnelle stabilité thermique et de son inertie chimique, le h-BN est souvent utilisé comme bouclier anticorrosion par rapport à d'autres matériaux. Le H-BN peut empêcher l'absorption d'eau par les métaux en fusion tels que les alliages d'aluminium, de magnésium et de zinc, ainsi que par les scories produites au cours des processus de fusion, offrant ainsi une protection complète aux composants exposés à de tels environnements.

Le H-BN offre aux céramiques qui entrent en contact avec ces substances une protection sans compromis contre le verre, les sels et la plupart des métaux en fusion - sans parler des attaques chimiques - une protection inégalée. En outre, il résiste aux attaques chimiques, ce qui le rend adapté aux environnements industriels difficiles.

Outre ses propriétés intéressantes, le h-BN est facile à usiner. Des géométries complexes avec des tolérances serrées peuvent être créées rapidement sans utiliser de réfrigérants ou de lubrifiants, ce qui facilite la création de pièces avec une précision et une répétabilité élevées.

Les matériaux céramiques traditionnels, comme l'alumine ou la zircone, peuvent être difficiles à usiner dans des formes complexes. Le matériau H-BN présente l'avantage de pouvoir être usiné à des vitesses plus élevées que ces autres matériaux et convient donc mieux aux applications à haute performance.

Fabrication

Les pièces en nitrure de bore sont généralement créées par pressage à chaud du matériau à des températures et des pressions élevées, créant ainsi des structures denses et uniformes. Les pièces peuvent également être usinées à partir de blocs massifs de ce matériau. Quelle que soit la méthode de fabrication employée, tous les composants en nitrure de bore doivent d'abord être contrôlés pour détecter les défauts visuels, la composition chimique et les propriétés physiques avant d'être déployés dans des applications.

Le matériau céramique à base de nitrure de bore est un matériau céramique usinable extrêmement résilient, très résistant à la corrosion et à d'autres environnements difficiles. En outre, sa non-réactivité le rend adapté aux applications nécessitant une stabilité à haute température. De plus, il ne réagit pas avec le verre, les sels ou la plupart des métaux, ce qui le rend adapté à une utilisation sous vide.

Le BN a de nombreuses applications et se présente sous plusieurs formes, du nitrure de bore fritté pour les performances à haute température et les abrasifs et matériaux de coupe résistants à l'usure au nitrure de bore cubique résistant à l'usure matériaux de résistance à l'usure et revêtements pour les outils d'extrusion, à l'utilisation comme agents de démoulage pour les processus de formage des métaux et de tréfilage, revêtements utilisés sur les outils d'extrusion, agents de démoulage utilisés pendant les opérations de formage des métaux ou de tréfilage, ainsi que ses propriétés de résistance aux chocs thermiques et ses propriétés d'isolation électrique qui en font un choix de matériau approprié pour les composants électroniques de haute puissance en raison de ses propriétés de résistance aux chocs thermiques et de ses propriétés d'isolation électrique.

La structure cristalline du nitrure de bore hexagonal ressemble à celle du graphite, ce qui lui confère de nombreux avantages en termes de performances. Également appelé graphite blanc, le nitrure de bore hexagonal offre une excellente stabilité thermique, des propriétés électriques et des capacités de dissipation de la chaleur, tout en étant à la fois dur et résistant à l'abrasion - des qualités qui le rendent utile dans de nombreuses applications industrielles.

Le nitrure de bore pyrolitique (PBN) est un nitrure de bore solide de très haute pureté produit par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Comme son nom l'indique, le PBN offre des performances supérieures à haute température ainsi qu'une grande résistance mécanique. Il peut être fabriqué en feuilles minces qui peuvent être utilisées dans les propulseurs à effet Hall, ainsi qu'en formes personnalisées conçues pour être utilisées dans des applications réfractaires et semi-conductrices.

Le nitrure de bore hexagonal peut être usiné avec des tolérances précises, ce qui en fait un excellent choix de matériau pour les applications impliquant des géométries complexes. L'équipe de Precision Ceramics possède une grande expérience de ce matériau polyvalent et peut vous aider à concevoir des composants répondant à toutes vos exigences. Afin de garantir que vous ne recevrez que des pièces en nitrure de bore de haute qualité pendant la fabrication, nos tests de qualité comprennent des tests de diffraction des rayons X et de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier qui vérifient respectivement la pureté, la structure cristalline et la composition chimique du nitrure de bore.

Traitement

Les propriétés physiques particulières du nitrure de bore en font un matériau céramique exceptionnel, parfait pour de nombreuses applications industrielles. Des composants frittés en BN aux abrasifs résistants à l'usure et aux matériaux de coupe en nitrure de bore cubique (cBN), cette céramique technique synthétique présente une stabilité chimique et une résistance mécanique supérieures, ainsi que des propriétés thermiques exceptionnelles pour une utilisation polyvalente.

Le nitrure de bore est un matériau idéal pour les composants de fours tels que les anneaux de fusion, les isolateurs et les buses en raison de sa bonne transparence aux micro-ondes et de sa résistance à l'humidité, ce qui le rend approprié pour sceller les surfaces en contact avec des métaux liquides ou des scories fondues. En outre, son excellente transparence aux micro-ondes et sa résistance à l'humidité en font un matériau idéal pour les composants réfractaires.

En raison de son faible coefficient de dilatation thermique, le BN est très stable dans une large gamme de températures et n'est pas affecté de manière significative par les augmentations et les diminutions soudaines de température. Cela lui permet de résister à des températures élevées sans se dégrader dans des environnements difficiles où d'autres matériaux se fissureraient ou se décomposeraient rapidement.

Le BN a une masse thermique extrêmement faible, ce qui améliore encore ses performances thermiques. Associé à ses faibles propriétés de dilatation thermique et de résistance à l'oxydation, le BN est un excellent choix de matériau pour les applications à haute température, bien plus que ses homologues en nickel et en cobalt !

En tant que poudre, le BN est facile à usiner avec des outils de coupe standard en acier rapide. Les outils à pointe en carbure peuvent être appropriés pour les qualités de nitrure de bore plus difficiles (nitrure de titane ou ZSBN), tandis que les outils en diamant peuvent être appropriés pour les qualités très dures (ZSBN).

Le nitrure de bore hexagonal (hBN) peut être facilement usiné à sec à l'aide d'abrasifs ou de jets d'eau, ce qui le rend adapté à l'usinage précis de formes complexes. En outre, contrairement à de nombreux matériaux céramiques, le nitrure de bore présente une dilatation thermique minimale, de sorte que les vitesses de coupe restent constantes pendant les opérations de fraisage.

Le nitrure de bore fritté peut être renforcé par des oxydes et des carbures pour obtenir des propriétés améliorées. L'un de ces matériaux, le ZSBN, composé de particules dures de ZrO2 uniformément dispersées parmi des plaquettes souples de BN dans une matrice de verre borosilicaté, bénéficie grandement du renforcement par des oxydes et des carbures pour la résistance à l'humidité, ce qui le rend adapté aux anneaux de rupture de la coulée continue ainsi qu'aux buses d'atomisation des métaux adaptées aux métaux légers fondus.