La ceramica al nitruro di boro e le sue numerose applicazioni

La ceramica di nitruro di boro lavorabile è la scelta ideale per l'isolamento elettrico e la conducibilità termica, oltre che per l'eccezionale forza e resistenza all'usura, che la rendono adatta anche agli utensili da taglio.

Il nitruro di boro esagonale presenta una struttura a cipolla con strati che presentano vari angoli di torsione in piano, rendendo questo materiale uno dei più resistenti disponibili.

Caratteristiche

Le ceramiche al nitruro di boro sono materiali duri, forti, resistenti all'usura e alla corrosione, con eccezionali caratteristiche di resistenza all'usura e alla corrosione. In quanto materiali durevoli in grado di resistere a temperature molto elevate e all'esposizione alle radiazioni, le ceramiche al nitruro di boro sono ideali per l'uso nei reattori nucleari e nelle applicazioni aerospaziali. Le loro eccezionali proprietà lubrificanti le rendono adatte anche all'uso manifatturiero, dove i loro bassi livelli di attrito aiutano a tagliare i metalli in modo più agevole mentre tagliano o smerigliano altri metalli.

Il nitruro di boro esagonale (h-BN) è una ceramica ingegneristica essenziale con una struttura analoga agli strati esagonali della grafite, in cui gli atomi di boro e azoto sono legati da forti legami covalenti che formano strati esagonali che contengono strutture esagonali disposte esagonalmente su strati esagonali, creando proprietà e caratteristiche uniche che non si trovano tra le altre ceramiche ingegneristiche.

L'H-BN resiste bene agli urti e alle sollecitazioni estreme, rendendolo ideale per l'uso come materiale da crogiolo nella metallurgia dell'alluminio, delle terre rare, delle ceramiche e di altri metalli. Inoltre, è in grado di resistere ad alte pressioni e temperature senza subire la corrosione del carbonio, rimanendo privo di reazioni con il metallo liquido. Inoltre, questo materiale rende l'h-BN un candidato eccellente per la produzione di rivestimenti ad alte prestazioni utilizzati per rivestire o rivestire le apparecchiature industriali.

L'h-BN può essere lavorato facilmente con utensili da taglio standard in acciaio ad alta velocità e, se necessario, con utensili in carburo o diamante. L'h-BN consente di ottenere forme e dettagli complessi con relativa facilità, rendendolo ideale per applicazioni altrimenti impossibili con altri tipi di materiali ceramici.

Il nitruro di boro cubico (c-BN) si ottiene pressando l'h-BN esagonale ad alta pressione e temperatura, proprio come il diamante sintetico si forma dalla grafite. Tuttavia, a differenza del diamante, il c-BN presenta un basso punto di fusione e una bassa abrasività che lo rendono adatto alla produzione di rivestimenti duri con un'eccellente resistenza ai graffi e all'abrasione.

La modifica lonsdaleite del nitruro di boro si distingue da altre modifiche come uno dei materiali più duri conosciuti. Con le sue straordinarie proprietà e il potenziale per superare persino il c-BN come materiale più duro al mondo, le sue proprietà uniche hanno aperto nuove strade di ricerca nei materiali ceramici ad alte prestazioni che possono portare a nuove applicazioni industriali; tuttavia, a causa della sua limitata disponibilità commerciale, la lonsdaleite rimane al momento poco sfruttata.

Applicazioni

Le ceramiche al nitruro di boro, che vantano una resistenza termica, chimica, elettrica, all'usura e alla frattura, sono ideali per molte applicazioni. Grazie alla loro leggerezza, alla bassa costante dielettrica e alle proprietà altamente durevoli, sono in grado di resistere alle alte temperature - il che li rende ideali per l'uso nell'elettronica di potenza che necessita di raffreddamento - e la loro resistenza e durevolezza li rende molto utilizzati per la produzione di utensili da taglio e da rettifica per l'industria aerospaziale.

Il nitruro di boro esagonale (h-BN) è uno dei materiali ceramici sfusi più diffusi. Questo composto cristallino condivide strutture cristalline simili a quelle della grafite; tuttavia, il nitruro di boro esagonale è significativamente più duro della grafite e biocompatibile, oltre a essere in grado di resistere alle alte temperature, il che lo rende un'opzione eccellente per le applicazioni dentali.

Grazie alla sua eccezionale stabilità termica e all'inerzia chimica, l'h-BN viene spesso impiegato come scudo anticorrosione contro altri materiali. L'H-BN è in grado di impedire l'assorbimento dell'acqua da metalli fusi come le leghe di alluminio, magnesio e zinco, nonché dalle scorie prodotte durante i processi di fusione, fornendo una protezione completa ai componenti esposti a tali ambienti.

L'H-BN offre alle ceramiche che entrano in contatto con queste sostanze una protezione senza compromessi da vetro, sali e dalla maggior parte dei metalli fusi, per non parlare degli attacchi chimici: una protezione senza pari. Inoltre, è resistente agli attacchi chimici e quindi è adatto agli ambienti industriali più difficili.

Oltre alle sue proprietà, l'h-BN è facile da lavorare. È possibile creare rapidamente geometrie complesse con tolleranze ristrette senza l'uso di refrigeranti o lubrificanti, il che facilita la creazione di pezzi con elevata precisione e ripetibilità.

I materiali ceramici tradizionali, come l'allumina o la zirconia, possono essere difficili da lavorare in forme complesse. Il materiale H-BN ha il vantaggio di poter essere lavorato a velocità più elevate rispetto a questi altri materiali ed è quindi più adatto ad applicazioni ad alte prestazioni.

Produzione

I componenti in nitruro di boro sono in genere creati mediante pressatura a caldo del materiale ad alte temperature e pressioni, creando strutture dense con densità uniforme. In alternativa, i pezzi possono essere lavorati da blocchi solidi di questo materiale. Indipendentemente dal metodo di produzione utilizzato, tutti i componenti in nitruro di boro devono essere controllati per verificare la presenza di difetti visivi, la composizione chimica e le proprietà fisiche prima di essere utilizzati nelle applicazioni.

Il materiale ceramico al nitruro di boro è un materiale ceramico lavorabile estremamente resiliente, altamente resistente alla corrosione e ad altri ambienti difficili. Inoltre, la sua non reattività lo rende adatto alle applicazioni che richiedono stabilità alle alte temperature; inoltre, non reagisce con il vetro, i sali o la maggior parte dei metalli, rendendolo adatto all'uso sotto vuoto.

Il BN ha numerose applicazioni e può essere trovato in diverse forme, dal nitruro di boro sinterizzato per prestazioni ad alta temperatura e materiali abrasivi e da taglio resistenti all'usura, ai materiali antiusura al nitruro di boro cubico e ai rivestimenti per gli utensili di estrusione, all'uso come agenti distaccanti per i processi di formatura dei metalli e di trafilatura, ai rivestimenti utilizzati sugli utensili di estrusione, agli agenti distaccanti utilizzati durante le operazioni di formatura dei metalli o di trafilatura, nonché alle sue proprietà di resistenza agli shock termici e di isolamento elettrico che lo rendono un materiale adatto per i componenti elettronici ad alta potenza grazie alle sue proprietà di resistenza agli shock termici e di isolamento elettrico.

La struttura cristallina del nitruro di boro esagonale assomiglia a quella della grafite e offre molti degli stessi vantaggi in termini di prestazioni. Chiamato anche grafite bianca, il nitruro di boro esagonale offre un'eccellente stabilità termica, proprietà elettriche e capacità di dissipazione del calore, oltre a essere duro e resistente all'abrasione, qualità che lo rendono utile in molte applicazioni industriali.

Il nitruro di boro pirolitico (PBN) è un nitruro di boro solido di altissima purezza prodotto mediante deposizione chimica da vapore (CVD). Come suggerisce il nome, il PBN offre prestazioni superiori alle alte temperature e resistenza meccanica e può essere prodotto in fogli sottili che possono essere utilizzati nei propulsori a effetto Hall e in forme personalizzate progettate per essere utilizzate in applicazioni di refrattari e semiconduttori.

Il nitruro di boro esagonale può essere lavorato con tolleranze precise, il che lo rende un materiale eccellente per le applicazioni che prevedono geometrie complesse. Il team di Precision Ceramics ha una vasta esperienza di lavoro con questo materiale versatile e può assistere nella progettazione di componenti che soddisfino tutte le vostre esigenze. Per garantire che durante la produzione riceviate solo parti in nitruro di boro di alta qualità, i nostri test di qualità includono test di diffrazione a raggi X e di spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier che ne verificano rispettivamente la purezza, la struttura cristallina e la composizione chimica.

Elaborazione

Le proprietà fisiche distintive del nitruro di boro lo rendono un materiale ceramico eccezionale, perfetto per numerose applicazioni industriali. Dai componenti in BN sinterizzato agli abrasivi resistenti all'usura e ai materiali da taglio in nitruro di boro cubico (cBN), questa ceramica tecnica sintetica vanta una stabilità chimica e una resistenza meccanica superiori, oltre a proprietà termiche eccezionali per un utilizzo a tutto tondo.

Il nitruro di boro è un materiale ideale per i componenti dei forni, come gli anelli di fusione, gli isolatori e gli ugelli, grazie alla sua buona trasparenza alle microonde e alla resistenza al bagnato, che lo rendono adatto a sigillare le superfici a contatto con metalli liquidi o scorie fuse. Inoltre, l'eccellente trasparenza alle microonde e la resistenza al bagnato lo rendono adatto all'uso come componente refrattario.

Grazie al suo basso coefficiente di espansione termica, il BN è altamente stabile in un ampio intervallo di temperature e non risente in modo significativo di aumenti e diminuzioni improvvise della temperatura. Ciò gli consente di resistere alle alte temperature senza degradarsi in ambienti difficili, dove altri materiali si romperebbero o si decomporrebbero rapidamente.

Il BN ha una massa termica estremamente bassa, che ne migliora ulteriormente le prestazioni termiche. Insieme alle sue proprietà di bassa espansione termica e di resistenza all'ossidazione, questo rende il BN una scelta eccellente per le applicazioni ad alta temperatura, più delle sue controparti in nichel e cobalto!

Come polvere, il BN è facilmente lavorabile con utensili standard in acciaio ad alta velocità. Gli utensili con punta in metallo duro possono essere adatti a gradi di nitruro di boro più impegnativi (nitruro di titanio o ZSBN), mentre gli utensili in diamante possono essere adatti a gradi molto duri (ZSBN).

Il nitruro di boro esagonale (hBN) può essere facilmente fresato a secco con abrasivi o getti d'acqua, rendendolo adatto alla lavorazione precisa di forme complesse. Inoltre, a differenza di molti materiali ceramici, il nitruro di boro presenta un'espansione termica minima, per cui le velocità di taglio rimangono costanti durante le operazioni di fresatura.

Il nitruro di boro sinterizzato può essere rinforzato con ossidi e carburi per ottenere proprietà migliori. Uno di questi materiali, lo ZSBN - costituito da particelle dure di ZrO2 uniformemente disperse tra le piastrine morbide di BN in una matrice di vetro borosilicato - trae grande beneficio dal rinforzo con ossidi e carburi per la resistenza al bagnato, rendendolo adatto agli anelli di rottura della colata continua e agli ugelli di atomizzazione dei metalli adatti alle fusioni di metalli leggeri.