Il nitruro di boro esagonale viene comunemente chiamato \u201cgrafite bianca\u201d, e questo soprannome \u00e8 al tempo stesso utile e un po\u2019 pericoloso. Utile, perch\u00e9 il cristallo a strati ha davvero l\u2019aspetto e la consistenza della grafite. Pericoloso, perch\u00e9 la grafite conduce l\u2019elettricit\u00e0 e pu\u00f2 contaminare un bagno fuso. Il nitruro di boro non fa n\u00e9 l\u2019una n\u00e9 l\u2019altra cosa. Ho visto impianti cercare di considerare i due materiali come intercambiabili e poi passare una settimana a spiegare il problema dell\u2019assorbimento di carbonio, dei riscaldatori in cortocircuito o di un rivestimento scomparso a contatto con l\u2019aria. Se si lavora con alte temperature, metalli fusi o componenti elettronici che non devono andare in cortocircuito, il BN \u00e8 una classe a s\u00e9 stante.<\/p>\n
La forma pi\u00f9 importante nel settore industriale \u00e8 il nitruro di boro esagonale, h-BN. Esiste anche il nitruro di boro cubico \u2014 ovvero la variante superdura utilizzata negli utensili da taglio \u2014 ma si tratta di un prodotto diverso con una funzione diversa. Quando in un disegno tecnico si legge \u201cceramica BN\u201d, quasi sempre si intende il materiale esagonale: in polvere, come rivestimento, in forma pressata a caldo o come componente pirolitico.<\/p>\n
L'h-BN \u00e8 uno dei pochi materiali in grado di condurre bene il calore e allo stesso tempo di fungere da isolante elettrico. La resistivit\u00e0 volumica \u00e8 in genere superiore a 10\u00b9\u2074 ohm-cm. La costante dielettrica si aggira intorno a 4. \u00c8 proprio questa combinazione di propriet\u00e0 a renderlo adatto all'impiego in dissipatori di calore, isolanti per alte temperature e cariche polimeriche per materiali di interfaccia termica. La grafite \u00e8 in grado di dissipare il calore. Anche il rame \u00e8 in grado di dissipare il calore. Nessuno dei due, per\u00f2, garantisce l\u2019isolamento del circuito.<\/p>\n
Inoltre, non viene bagnato da una lunga serie di metalli fusi e scorie. L\u2019alluminio, lo zinco, il rame, molti tipi di vetro e numerosi metalli fusi utilizzati nei semiconduttori non tendono ad aderirvi. Se a ci\u00f2 si aggiunge l\u2019inerzia chimica, si ottengono crogioli, anelli di rottura, dighe laterali, ugelli e rivestimenti antiaderenti che rimangono pi\u00f9 puliti rispetto alla grafite o alle ceramiche a base di ossidi.<\/p>\n
C\u2019\u00e8 poi una caratteristica legata alla lavorazione in officina che viene spesso sottovalutata: la lavorabilit\u00e0. Il BN pressato a caldo pu\u00f2 essere tornito, fresato e forato con utensili convenzionali. \u00c8 possibile realizzare un prototipo di maschera in un pomeriggio, invece di attendere la rettifica al diamante. La densit\u00e0 \u00e8 bassa, solitamente intorno a 1,8\u20132,1 g\/cm\u00b3 per i gradi pressati a caldo, quindi i pezzi risultano leggeri. La resistenza agli shock termici \u00e8 eccellente perch\u00e9 la struttura pu\u00f2 scorrere leggermente e l\u2019espansione \u00e8 modesta nelle direzioni utili.<\/p>\n
La resistenza termica dipende dall\u2019atmosfera. All\u2019aria, l\u2019ossidazione inizia a diventare un fattore rilevante intorno ai 900\u20131000 \u00b0C. In presenza di azoto, argon o nel vuoto, i tipi privi di legante possono raggiungere temperature molto pi\u00f9 elevate \u2014 ben oltre i 1800 \u00b0C in molte operazioni di fusione e in forni \u2014 e il BN pirolitico viene abitualmente utilizzato in lavori sotto vuoto particolarmente impegnativi.<\/p>\n
\u00c8 proprio qui che le schede tecniche dei siti web mettono le persone nei guai.<\/p>\n
Il BN pressato a caldo \u00e8 il materiale pi\u00f9 comunemente utilizzato. La polvere viene pressata ad alta temperatura in billette, che vengono poi lavorate. Alcune qualit\u00e0 utilizzano un legante a base di ossido di boro o borato di calcio. Questi sono pi\u00f9 facili da densificare e pi\u00f9 economici, ma l\u2019umidit\u00e0 e alcune sostanze chimiche possono danneggiare il legante. Le qualit\u00e0 prive di legante o con giunzione per diffusione sono pi\u00f9 costose e gestiscono meglio le fusioni sensibili alla purezza. Le propriet\u00e0 sono inoltre anisotropiche: la conducibilit\u00e0 termica e la resistenza possono variare a seconda che siano parallele o perpendicolari alla direzione di pressatura. Se si trascura l\u2019orientamento, un pezzo \u201cbuono\u201d pu\u00f2 comunque rompersi o surriscaldarsi lungo l\u2019asse sbagliato.<\/p>\n
Il BN pirolitico, o PBN, \u00e8 tutta un\u2019altra cosa. Viene prodotto tramite deposizione chimica da vapore, non mediante pressatura. La purezza pu\u00f2 superare il 99,99%. La densit\u00e0 \u00e8 vicina a quella teorica. Il degassamento \u00e8 estremamente basso. La conduttivit\u00e0 termica nel piano pu\u00f2 raggiungere i 150\u2013220 W\/m\u00b7K, mentre quella trasversale allo spessore scende a un paio di watt. Tale anisotropia \u00e8 una caratteristica apprezzata nelle barche, nei rivestimenti e nell\u2019hardware MBE. Non \u00e8 invece una caratteristica desiderabile se si ha bisogno di un blocco spesso, economico e facilmente lavorabile. Il PBN \u00e8 indicato per lavorazioni che richiedono elevata purezza, pareti sottili e condizioni di vuoto critiche.<\/p>\n
Le polveri e i rivestimenti svolgono gran parte del lavoro \"dietro le quinte\". I rivestimenti in BN su matrici, stampi, canali di colata e dispositivi di saldatura impediscono al metallo di attaccarsi. Nelle materie plastiche e nei cuscinetti termici, il BN in forma di piastrine aumenta la conduttivit\u00e0 senza trasformare il composto in un conduttore. I gradi compositi \u2014 BN con carburo di silicio o altre ceramiche \u2014 vengono utilizzati quando \u00e8 necessaria una resistenza all\u2019usura superiore a quella che pu\u00f2 offrire il BN puro. I materiali di tipo ZSBN ne sono l\u2019esempio pi\u00f9 comune: mantengono propriet\u00e0 lubrificanti e termiche, ma sono pi\u00f9 resistenti nei contatti di scorrimento.<\/p>\n
La lavorazione dei metalli e del vetro ne rappresenta l\u2019applicazione pi\u00f9 ovvia. Crogioli, vasche, parti per colate, protezioni per termocoppie e rivestimenti antiaderenti si avvalgono tutti della superficie non bagnabile. Nel settore dei semiconduttori e del vuoto si utilizzano barchette in PBN, supporti per riscaldatori e componenti per camere, poich\u00e9 la contaminazione da carbonio \u00e8 inaccettabile e l\u2019isolamento termico rimane fondamentale anche a temperature elevate. I costruttori di forni apprezzano le maschere, i dispositivi di posizionamento e gli isolanti in BN perch\u00e9 questi componenti sono facili da lavorare e resistono ai cicli termici. Nel settore elettronico, il BN viene utilizzato come materiale di riempimento quando un alloggiamento o un supporto deve dissipare il calore e mantenere le propriet\u00e0 dielettriche.<\/p>\n
Ho constatato che una semplice modifica del rivestimento pu\u00f2 dare risultati migliori rispetto al passaggio a un materiale di qualit\u00e0 superiore. Uno stampo in grafite che si graffiava a ogni colpo pu\u00f2 trasformarsi in uno strumento di produzione con uno strato di distacco BN di buona qualit\u00e0. Un dispositivo di fissaggio metallico che si saldava all\u2019alluminio pu\u00f2 durare un turno intero invece che solo un\u2019ora. Non si tratta di teoria. Ecco perch\u00e9 le squadre di manutenzione ricordano questo materiale.<\/p>\n
La ceramica al nitruro di boro non \u00e8 una ceramica resistente all'usura nel senso in cui lo sono l'allumina o il carburo di silicio. \u00c8 relativamente morbida. Se l'applicazione prevede l'abrasione con sospensione o un contatto scorrevole con materiali duri, utilizzare un composito o scegliere un altro materiale. Alcuni tipi di leganti possono idratarsi. Se si lascia un pezzo con legante a base di B\u2082O\u2083 in un magazzino umido, si potrebbero verificare fenomeni di polverizzazione o perdita di resistenza. L\u2019ossidazione all\u2019aria \u00e8 un fenomeno reale; non specificare il BN per lunghe esposizioni a fiamma libera solo perch\u00e9 i dati relativi all\u2019atmosfera inerte sembravano impressionanti. E non trattate il PBN come un materiale pressato a caldo. Pagherete pi\u00f9 del dovuto e non otterrete comunque la forma desiderata.<\/p>\n
L'altro errore \u00e8 quello di utilizzare la ceramica BN solo perch\u00e9 qualcuno ha parlato di \u201cceramica per alte temperature\u201d. L\u2019allumina, il nitruro di silicio e il carburo di silicio eccellono ciascuno nel proprio campo di applicazione. Il BN \u00e8 la scelta ideale quando servono isolamento termico e diffusione del calore, propriet\u00e0 idrorepellenti o un componente che possa essere lavorato meccanicamente dopo la pressatura.<\/p>\n
Indica innanzitutto la forma: polvere, rivestimento, pressato a caldo, composito o PBN. Quindi specifica l\u2019atmosfera, la temperatura di picco e la composizione chimica. Se \u00e8 coinvolto del metallo fuso, specificare di quale metallo si tratta. Se \u00e8 coinvolto il vuoto, chiedere informazioni sul contenuto di legante e sul degassamento. Se il pezzo \u00e8 ricavato da una billetta, chiedere informazioni sulla direzione di pressatura. Se si tratta di un rivestimento, chiedere informazioni sul sistema legante, sullo spessore del film e sull\u2019intervallo di rivestimento.<\/p>\n
Il nitruro di boro non \u00e8 una polvere miracolosa e non sostituisce tutti i materiali refrattari. \u00c8 il materiale a cui si ricorre quando la grafite \u00e8 troppo sporca o troppo conduttiva, e quando una ceramica ossidica convenzionale si bagna, si incolla o non pu\u00f2 essere lavorata in tempo. Se si sceglie il grado giusto, sembra quasi troppo facile. Se si sbaglia, si finir\u00e0 per giurare che la scheda tecnica mentisse. Probabilmente non era cos\u00ec. L\u2019applicazione richiedeva semplicemente una scelta pi\u00f9 adeguata.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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