On appelle le nitrure de bore hexagonal \u201c graphite blanc \u201d, et ce surnom est \u00e0 la fois utile et un peu dangereux. Utile, car ce cristal en couches ressemble vraiment au graphite, tant au niveau de l\u2019aspect que du toucher. Dangereux, car le graphite conduit l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 et peut contaminer une masse fondue. Le nitrure de bore ne pr\u00e9sente aucun de ces risques. J'ai vu des usines tenter de traiter ces deux mat\u00e9riaux comme s'ils \u00e9taient interchangeables, puis passer une semaine \u00e0 expliquer les probl\u00e8mes d'absorption de carbone, de r\u00e9sistances en court-circuit ou encore de rev\u00eatement qui s'\u00e9tait volatilis\u00e9 \u00e0 l'air libre. Si vous travaillez \u00e0 haute temp\u00e9rature, avec du m\u00e9tal en fusion ou des composants \u00e9lectroniques qui ne doivent pas court-circuiter, le BN est sans \u00e9gal.<\/p>\n
La forme la plus importante dans l'industrie est le nitrure de bore hexagonal, ou h-BN. Le nitrure de bore cubique existe \u00e9galement \u2014 c'est la variante ultra-dure utilis\u00e9e dans les outils de coupe \u2014 mais il s'agit d'un produit diff\u00e9rent destin\u00e9 \u00e0 d'autres applications. Lorsqu\u2019un plan mentionne \u201c c\u00e9ramique BN \u201d, il s\u2019agit presque toujours d\u2019un mat\u00e9riau hexagonal : poudre, rev\u00eatement, pi\u00e8ce moul\u00e9e par compression \u00e0 chaud ou pi\u00e8ce pyrolytique.<\/p>\n
Le h-BN est l'un des rares mat\u00e9riaux \u00e0 pr\u00e9senter une bonne conductivit\u00e9 thermique tout en agissant comme isolant \u00e9lectrique. Sa r\u00e9sistivit\u00e9 volumique est g\u00e9n\u00e9ralement sup\u00e9rieure \u00e0 10\u00b9\u2074 ohm-cm. Sa constante di\u00e9lectrique est d'environ 4. C'est gr\u00e2ce \u00e0 cette combinaison de propri\u00e9t\u00e9s qu'il est utilis\u00e9 dans les dissipateurs thermiques, les isolants haute temp\u00e9rature et les charges polym\u00e8res pour les mat\u00e9riaux d'interface thermique. Le graphite peut dissiper la chaleur. Le cuivre peut dissiper la chaleur. Aucun de ces deux mat\u00e9riaux ne permettra toutefois d\u2019isoler votre circuit.<\/p>\n
Il pr\u00e9sente \u00e9galement une propri\u00e9t\u00e9 de non-mouillage vis-\u00e0-vis d\u2019une longue liste de m\u00e9taux fondus et de scories. L\u2019aluminium, le zinc, le cuivre, de nombreux verres et une grande partie des m\u00e9taux fondus utilis\u00e9s dans la fabrication de semi-conducteurs n\u2019adh\u00e8rent pas \u00e0 sa surface. Ajoutez \u00e0 cela son inertie chimique, et vous obtenez des creusets, des anneaux de rupture, des parois lat\u00e9rales, des buses et des rev\u00eatements antiadh\u00e9sifs qui restent plus propres que le graphite ou les c\u00e9ramiques \u00e0 base d\u2019oxydes.<\/p>\n
Il y a ensuite une caract\u00e9ristique d\u2019atelier que l\u2019on sous-estime souvent : l\u2019usinabilit\u00e9. Le BN press\u00e9 \u00e0 chaud peut \u00eatre tourn\u00e9, frais\u00e9 et perc\u00e9 \u00e0 l\u2019aide d\u2019outils conventionnels. Il est possible de usiner un prototype de gabarit en un apr\u00e8s-midi, sans avoir \u00e0 attendre une rectification au diamant. Sa densit\u00e9 est faible, g\u00e9n\u00e9ralement comprise entre 1,8 et 2,1 g\/cm\u00b3 pour les nuances press\u00e9es \u00e0 chaud, ce qui rend les pi\u00e8ces l\u00e9g\u00e8res. La r\u00e9sistance aux chocs thermiques est excellente, car la structure peut glisser l\u00e9g\u00e8rement et la dilatation est mod\u00e9r\u00e9e dans les directions utiles.<\/p>\n
La r\u00e9sistance thermique d\u00e9pend de l'atmosph\u00e8re. \u00c0 l'air libre, l'oxydation commence \u00e0 devenir un facteur important vers 900\u20131 000 \u00b0C. Dans l'azote, l'argon ou sous vide, les nuances sans liant peuvent atteindre des temp\u00e9ratures bien plus \u00e9lev\u00e9es \u2014 bien au-del\u00e0 de 1 800 \u00b0C dans de nombreux fours et op\u00e9rations de fusion \u2014 et le BN pyrolytique est couramment utilis\u00e9 dans les applications sous vide exigeantes.<\/p>\n
C'est l\u00e0 que les fiches techniques des sites web posent probl\u00e8me.<\/p>\n
Le BN press\u00e9 \u00e0 chaud est le mat\u00e9riau le plus couramment utilis\u00e9. La poudre est press\u00e9e \u00e0 haute temp\u00e9rature pour former des billettes, qui sont ensuite usin\u00e9es. Certaines nuances utilisent un liant \u00e0 base d\u2019oxyde de bore ou de borate de calcium. Celles-ci sont plus faciles \u00e0 densifier et moins co\u00fbteuses, mais l\u2019humidit\u00e9 et certains compos\u00e9s chimiques attaquent le liant. Les nuances sans liant ou \u00e0 liaison par diffusion sont plus co\u00fbteuses et permettent de mieux traiter les masses fondues sensibles \u00e0 la puret\u00e9. Leurs propri\u00e9t\u00e9s sont \u00e9galement anisotropes : la conductivit\u00e9 thermique et la r\u00e9sistance peuvent varier selon qu\u2019elles sont parall\u00e8les ou perpendiculaires au sens de pressage. Si l\u2019on ne tient pas compte de l\u2019orientation, une pi\u00e8ce \u201c de bonne qualit\u00e9 \u201d peut tout de m\u00eame se fissurer ou surchauffer dans le mauvais axe.<\/p>\n
Le BN pyrolytique, ou PBN, est d\u2019une tout autre nature. Il est obtenu par d\u00e9p\u00f4t chimique en phase vapeur, et non par compression. Sa puret\u00e9 peut d\u00e9passer 99,99%. Sa densit\u00e9 est proche de la valeur th\u00e9orique. Son d\u00e9gazage est extr\u00eamement faible. La conductivit\u00e9 thermique dans le plan peut atteindre 150 \u00e0 220 W\/m\u00b7K, tandis que la conductivit\u00e9 dans le sens de l'\u00e9paisseur chute \u00e0 quelques watts. Cette anisotropie est un atout pour les bateaux, les rev\u00eatements et le mat\u00e9riel MBE. En revanche, ce n'est pas un atout si vous avez besoin d'un bloc \u00e9pais, bon march\u00e9 et facile \u00e0 usiner. Le PBN est destin\u00e9 aux applications n\u00e9cessitant une grande puret\u00e9, des parois minces et un environnement sous vide critique.<\/p>\n
Les poudres et les rev\u00eatements jouent un r\u00f4le essentiel, souvent m\u00e9connu. Les rev\u00eatements en BN appliqu\u00e9s sur les matrices, les moules, les goulottes et les gabarits de soudage emp\u00eachent le m\u00e9tal de coller. Dans les plastiques et les coussinets thermiques, le BN sous forme de plaquettes augmente la conductivit\u00e9 sans pour autant transformer le compos\u00e9 en conducteur. Des grades composites \u2014 du BN associ\u00e9 \u00e0 du carbure de silicium ou \u00e0 d\u2019autres c\u00e9ramiques \u2014 sont utilis\u00e9s lorsque l\u2019on a besoin d\u2019une r\u00e9sistance \u00e0 l\u2019usure sup\u00e9rieure \u00e0 celle qu\u2019offre le BN pur. Les mat\u00e9riaux de type ZSBN en sont l\u2019exemple le plus courant : ils conservent leurs propri\u00e9t\u00e9s lubrifiantes et thermiques, tout en offrant une plus grande r\u00e9sistance aux contacts glissants.<\/p>\n
Le traitement des m\u00e9taux et du verre est le domaine d'application par excellence. Les creusets, les auges, les pi\u00e8ces de coul\u00e9e, la protection des thermocouples et les rev\u00eatements antiadh\u00e9sifs s'appuient tous sur cette surface non mouillante. Les applications dans le domaine des semi-conducteurs et du vide utilisent des nacelles en PBN, des supports de chauffage et des composants de chambre, car la contamination par le carbone est inacceptable et l'isolation reste cruciale \u00e0 haute temp\u00e9rature. Les fabricants de fours appr\u00e9cient les gabarits, les dispositifs de positionnement et les isolants en BN, car ces pi\u00e8ces s\u2019usinent facilement et r\u00e9sistent aux cycles thermiques. L\u2019industrie \u00e9lectronique utilise le BN comme mat\u00e9riau de remplissage lorsqu\u2019un bo\u00eetier ou un support doit dissiper la chaleur tout en conservant ses propri\u00e9t\u00e9s di\u00e9lectriques.<\/p>\n
J'ai constat\u00e9 qu'un simple changement de rev\u00eatement pouvait avoir plus d'impact qu'une am\u00e9lioration du mat\u00e9riau. Une matrice en graphite qui rayait \u00e0 chaque tir peut devenir un outil de production performant gr\u00e2ce \u00e0 une couche de d\u00e9moulage BN de bonne qualit\u00e9. Un gabarit m\u00e9tallique qui se soudait \u00e0 l'aluminium peut d\u00e9sormais tenir toute une \u00e9quipe au lieu d'une heure. Ce n'est pas de la th\u00e9orie. C'est pour cela que les \u00e9quipes de maintenance se souviennent de ce mat\u00e9riau.<\/p>\n
La c\u00e9ramique au nitrure de bore n'est pas une c\u00e9ramique r\u00e9sistante \u00e0 l'usure au sens o\u00f9 l'entendent l'alumine ou le carbure de silicium. Elle est relativement tendre. Si l'application implique une abrasion par suspension ou un contact glissant intense, utilisez un composite ou choisissez un autre mat\u00e9riau. Les nuances \u00e0 liant peuvent s'hydrater. Si vous laissez une pi\u00e8ce li\u00e9e au B\u2082O\u2083 dans un local humide, vous risquez d\u2019observer une pulv\u00e9risation ou une perte de r\u00e9sistance. L\u2019oxydation \u00e0 l\u2019air est bien r\u00e9elle ; ne sp\u00e9cifiez pas le BN pour des expositions prolong\u00e9es \u00e0 une flamme nue simplement parce qu\u2019une valeur en atmosph\u00e8re inerte semblait impressionnante. Et ne traitez pas le PBN comme un mat\u00e9riau press\u00e9 \u00e0 chaud. Vous paierez trop cher sans pour autant obtenir la forme souhait\u00e9e.<\/p>\n
L'autre erreur consiste \u00e0 utiliser de la c\u00e9ramique BN simplement parce que quelqu'un a parl\u00e9 de \u201c c\u00e9ramique haute temp\u00e9rature \u201d. L'alumine, le nitrure de silicium et le carbure de silicium s'imposent chacun dans leur domaine respectif. Le BN s'impose lorsque l'on a besoin \u00e0 la fois d'isolation et de dissipation thermique, de propri\u00e9t\u00e9s anti-mouillage, ou d'une pi\u00e8ce pouvant \u00eatre usin\u00e9e apr\u00e8s le moulage par compression.<\/p>\n
Commencez par pr\u00e9ciser le type de pi\u00e8ce : poudre, rev\u00eatement, pressage \u00e0 chaud, composite ou PBN. Indiquez ensuite l'atmosph\u00e8re, la temp\u00e9rature maximale et la composition chimique. S'il s'agit de m\u00e9tal fondu, pr\u00e9cisez de quel m\u00e9tal il s'agit. Si le proc\u00e9d\u00e9 implique le vide, renseignez-vous sur la teneur en liant et le d\u00e9gazage. Si la pi\u00e8ce est usin\u00e9e \u00e0 partir d'une billette, renseignez-vous sur le sens de pressage. S'il s'agit d'un rev\u00eatement, renseignez-vous sur le syst\u00e8me de liant, l'\u00e9paisseur du film et l'intervalle entre deux applications.<\/p>\n
Le nitrure de bore n\u2019est pas une poudre miracle et ne remplace pas tous les r\u00e9fractaires. C\u2019est le mat\u00e9riau vers lequel on se tourne lorsque le graphite est trop sale ou trop conducteur, et lorsque la c\u00e9ramique d\u2019oxyde classique se mouille, colle ou ne peut pas \u00eatre usin\u00e9e \u00e0 temps. Si l\u2019on choisit la bonne nuance, cela semble presque trop facile. Si vous vous trompez, vous jurerez que la fiche technique vous a menti. Ce n\u2019est probablement pas le cas. L\u2019application n\u00e9cessitait simplement un choix plus adapt\u00e9.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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