Bór-nitrid kerámia és számos alkalmazása

A megmunkálható bór-nitrid kerámia ideális anyagválasztás, ha elektromos szigetelést és hővezető képességet keresünk, valamint rendkívüli szilárdságot és kopásállóságot - ami vágószerszámokhoz is alkalmassá teszi.

A hatszögletű bór-nitrid hagymaszerű szerkezetű, különböző síkbeli csavarodási szögeket mutató rétegekből áll, ami ezt az anyagot az egyik legkeményebbé teszi.

Jellemzők

A bór-nitrid kerámia kemény, erős, kopásálló és korrózióálló anyagok, amelyek kivételes kopásállósági és korrózióállósági jellemzőkkel rendelkeznek. Mivel a bór-nitrid kerámiák tartós anyagok, amelyek képesek ellenállni a nagyon magas hőmérsékleteknek és a sugárzásnak, ideális anyagok az atomreaktorokban és a repülőgépiparban való felhasználásra. Kivételes kenési tulajdonságaik alkalmassá teszik őket gyártási felhasználásra is, ahol alacsony súrlódási szintjük segít a fémek simább vágásában, miközben más fémeket vágnak vagy csiszolnak el.

A hexagonális bór-nitrid (h-BN) egy alapvető műszaki kerámia, amelynek analóg szerkezete a grafit hexagonális rétegeihez hasonló, amelyben a bór- és nitrogénatomok erős kovalens kötésekkel kapcsolódnak, hexagonális rétegeket alkotva, amelyek hexagonális rétegeken hexagonálisan elrendezett hexagonális szerkezeteket tartalmaznak, ami egyedi tulajdonságokat és jellemzőket eredményez, amelyek más műszaki kerámiák között nem találhatók meg.

A H-BN jól bírja a szélsőséges ütéseket és igénybevételeket, így ideális tégelyanyagként használható az alumínium, a ritkaföldfémek, a kerámiák és más fémek kohászatában. Ezenkívül ellenáll a magas nyomásnak és hőmérsékletnek anélkül, hogy a szénkorróziónak engedne, miközben a folyékony fémmel nem lép reakcióba. Továbbá ez az anyag teszi a h-BN-t kiválóan alkalmas ipari berendezések bélelésére vagy bevonására használt nagy teljesítményű bevonatok előállítására.

A h-BN könnyen megmunkálható szabványos nagysebességű acélból készült vágószerszámokkal, illetve szükség esetén keményfém- vagy gyémánt szerszámokkal. Mivel lehetővé teszi a bonyolult formák és részletek viszonylag könnyű elérését, a h-BN ideális az egyébként más típusú kerámiaanyagok esetében lehetetlen alkalmazásokhoz.

A kubikus bór-nitrid (c-BN) hatszögletű h-BN magas nyomáson és hőmérsékleten történő préselésével készül, hasonlóan a grafitból előállított szintetikus gyémánthoz. A gyémánttól eltérően azonban a c-BN alacsony olvadáspontú és koptató hatású, ami alkalmassá teszi kiváló karc- és kopásállóságú kemény bevonatok előállítására.

A bór-nitrid lonsdaleit-modifikációja az egyik legkeményebb ismert anyagként emelkedik ki a többi modifikáció közül. Rendkívüli tulajdonságaival és azzal a potenciállal, hogy a világ legkeményebb anyagaként még a c-BN-t is felülmúlhatja, egyedülálló tulajdonságai új kutatási utakat nyitottak a nagy teljesítményű kerámiaanyagok terén, amelyek újszerű ipari alkalmazásokhoz vezethetnek; azonban korlátozott kereskedelmi elérhetősége miatt a lonsdaleit jelenleg még nem eléggé kiaknázott.

Alkalmazások

A bór-nitrid kerámiák hő-, kémiai, elektromos kopás- és törésállóságuknak köszönhetően számos alkalmazáshoz ideálisak. Mivel könnyűek, alacsony dielektromos állandóval és rendkívül tartós tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékleteknek - így kiváló választásnak bizonyulnak a hűtést igénylő teljesítményelektronikában való felhasználásra -, valamint szilárdságuk és tartósságuk miatt népszerűek a repülőgépiparban használt vágó- és csiszolószerszámok gyártásához.

A hexagonális bór-nitrid (h-BN) az egyik legszélesebb körben elérhető ömlesztett kerámiaanyag. Ez a kristályos vegyület hasonló kristályszerkezetű, mint a grafit; a hexagonális bór-nitrid azonban lényegesen keményebb, mint a grafit, és biokompatibilis, miközben magas hőmérsékletet is képes elviselni - így kiváló választás a fogászati alkalmazásokhoz.

Kivételes hőstabilitása és kémiai inertitása miatt a h-BN-t gyakran alkalmazzák más anyagokkal szembeni korróziógátlóként. A h-BN képes megakadályozni a vízfelvételt az olvadt fémekből, például az alumínium-, magnézium- és cinkötvözetekből, valamint az olvasztási folyamatok során keletkező salakból, így átfogó védelmet nyújt az ilyen környezetnek kitett alkatrészek számára.

A H-BN az ezekkel az anyagokkal érintkező kerámiáknak kompromisszumok nélküli védelmet nyújt az üveg, a sók és a legtöbb olvadt fém ellen - a vegyi támadásokról nem is beszélve -, páratlan védelmet nyújt. Továbbá ellenáll a vegyi támadásoknak, így alkalmas a zord ipari környezetekben való felhasználásra.

Kívánatos tulajdonságai mellett a h-BN könnyen megmunkálható. A szűk tűréshatárokkal rendelkező összetett geometriák gyorsan, hűtő- vagy kenőanyagok használata nélkül hozhatók létre - ez megkönnyíti a nagy pontosságú és megismételhető alkatrészek létrehozását.

A hagyományos kerámiaanyagok, mint például a timföld vagy a cirkónium-dioxid, nehezen alakíthatók bonyolult formákká. A H-BN anyag előnye, hogy nagyobb sebességgel megmunkálható, mint ezek a többi anyag, és ezért jobban alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásokhoz.

Gyártás

A bór-nitrid alkatrészeket jellemzően az anyag magas hőmérsékleten és nyomáson történő forró préselésével hozzák létre, ami sűrű, egyenletes sűrűségű struktúrákat hoz létre. Alternatív megoldásként az alkatrészeket megmunkálhatják az anyag tömör blokkjaiból. Bármelyik gyártási módszert is alkalmazzák, minden bór-nitrid alkatrészt először ellenőrizni kell a vizuális hibák, a kémiai összetétel és a fizikai tulajdonságok szempontjából, mielőtt az alkalmazásokban bevetnék.

A bór-nitrid kerámiaanyag egy rendkívül rugalmas, megmunkálható kerámiaanyag, amely rendkívül ellenálló a korrózióval és más zord környezetekkel szemben. Emellett a nem reaktivitása alkalmassá teszi a magas hőmérsékleti stabilitást igénylő alkalmazásokhoz; továbbá nem lép reakcióba üveggel, sókkal vagy a legtöbb fémmel, így alkalmas vákuumalapú felhasználásra.

A BN-nek számos alkalmazási területe van, és többféle formában is megtalálható, a magas hőmérsékletű teljesítményt nyújtó szinterezett bór-nitridtől kezdve a kopásálló csiszoló- és vágóanyagokon át a kopásálló köbös bór-nitrid kopásálló anyagokig és bevonatokig extrudáló szerszámokhoz, a fémalakítási és huzalhúzási folyamatokban alkalmazott leválasztó anyagként való felhasználásig, az extrudáló szerszámokon használt bevonatokig, a fémalakítási vagy huzalhúzási műveletek során használt leválasztó anyagokig, valamint a hőütésállósági tulajdonságai és elektromos szigetelési tulajdonságai miatt megfelelő anyagválasztás a nagy teljesítményű elektronikus alkatrészekhez, a hőütésállósága és elektromos szigetelési tulajdonságai miatt.

A hexagonális bór-nitrid kristályszerkezete hasonlít a grafitéhoz, és számos hasonló teljesítményt nyújt. A fehér grafitként is emlegetett hexagonális bór-nitrid kiváló hőstabilitást, elektromos tulajdonságokat és hőelvezető képességet biztosít, miközben kemény és kopásálló - ezek a tulajdonságok számos ipari alkalmazásban teszik hasznossá.

A pirolitikus bór-nitrid (PBN) egy rendkívül nagy tisztaságú szilárd bór-nitrid, amelyet kémiai gőzfázisú leválasztással (CVD) állítanak elő. Amint a neve is mutatja, a PBN kiváló magas hőmérsékleti teljesítményt és mechanikai szilárdságot nyújt, és olyan vékony lemezek készíthetők belőle, amelyek Hall-effektes hajtóművekben, valamint tűzálló és félvezető alkalmazásokban való felhasználásra tervezett egyedi alakzatokban használhatók.

A hatszögletű bór-nitrid pontos tűrésekkel megmunkálható, így kiváló anyagválasztás az összetett geometriájú alkalmazásokhoz. A Precision Ceramics csapata nagy tapasztalattal rendelkezik e sokoldalú anyaggal való munkavégzésben, és segíthet az Ön igényeinek megfelelő alkatrészek tervezésében. Annak érdekében, hogy garantáljuk, hogy a gyártás során csak kiváló minőségű bór-nitrid alkatrészeket kapjon, minőségvizsgálataink közé tartozik a röntgendiffrakciós és Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópiai vizsgálat, amelyek ellenőrzik a tisztaságot, a kristályszerkezetet és a kémiai összetételt.

Feldolgozás

A bór-nitrid jellegzetes fizikai tulajdonságai kiváló kerámiaanyaggá teszik, amely számos ipari alkalmazásban tökéletesen használható. A szinterezett BN alkatrészektől kezdve a köbös bór-nitrid (cBN) kopásálló csiszolóanyagokig és vágóanyagokig ez a szintetikus műszaki kerámia kiváló kémiai stabilitással és mechanikai szilárdsággal, valamint kivételes termikus tulajdonságokkal büszkélkedhet a mindenoldalú felhasználás érdekében.

A bór-nitrid jó mikrohullámú átlátszósága és nedvességállósága miatt ideális anyag olyan kemencealkatrészekhez, mint az olvasztógyűrűk, szigetelők és fúvókák, ami alkalmassá teszi a folyékony fémekkel vagy olvadt salakkal érintkező felületek tömítésére. Továbbá kiváló mikrohullámú átlátszósága és nedvességállósága alkalmassá teszi tűzálló alkatrészként való felhasználásra.

Alacsony hőtágulási együtthatója miatt a BN széles hőmérséklettartományban rendkívül stabil, és a hirtelen hőmérséklet-emelkedések és -csökkenések nem befolyásolják jelentősen. Ez lehetővé teszi, hogy ellenálljon a magas hőmérsékleteknek anélkül, hogy lebomlana olyan zord környezetben, ahol más anyagok gyorsan megrepednének vagy elbomlanának.

A BN rendkívül alacsony hőtömeggel rendelkezik, ami tovább javítja a hőteljesítményt. Az alacsony hőtágulási és oxidációállósági tulajdonságokkal párosulva a BN kiváló anyagválasztás magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz; még inkább, mint nikkel és kobalt társai!

Mint por, a BN könnyen megmunkálható a szokásos nagysebességű acélból készült vágószerszámokkal. A bór-nitrid nagyobb kihívást jelentő fajtáihoz (titán-nitrid vagy ZSBN) karbidhegyű szerszámok, míg a nagyon kemény fajtákhoz (ZSBN) gyémánt szerszámok lehetnek megfelelőek.

A hatszögletű bór-nitrid (hBN) könnyen alakra marható száraz csiszolással, csiszolóanyagokkal vagy vízsugarakkal, így alkalmas összetett formák precíz megmunkálására. Továbbá, sok kerámiaanyaggal ellentétben a bór-nitrid minimális hőtágulást mutat, így a marási műveletek során a vágási sebesség egyenletes marad.

A szinterezett bór-nitridet oxidokkal és karbidokkal lehet erősíteni a fokozott tulajdonságok elérése érdekében. Az egyik ilyen anyag, a ZSBN - amely kemény ZrO2 részecskékből áll, amelyek egyenletesen eloszlanak a lágy BN lemezkék között egy boroszilikát üvegmátrixban - nagy hasznát veszi az oxidokkal és karbidokkal való megerősítésnek a nedves ellenállás érdekében, így alkalmas a folyamatos öntés törőgyűrűihez, valamint a könnyűfém olvadékokhoz alkalmas fémporlasztó fúvókákhoz.