Bornitridkeramikk og dens mange bruksområder

Maskinbearbeidbar bornitridkeramikk er et ideelt materialvalg når man er ute etter elektrisk isolasjon og varmeledningsevne, i tillegg til eksepsjonell styrke og slitestyrke - noe som også gjør det egnet til skjæreverktøy.

Sekskantet bornitrid har en løklignende struktur med lag som har ulike vridningsvinkler i planet, noe som gjør dette materialet til et av de tøffeste som finnes.

Kjennetegn

Bornitridkeramikk er harde, sterke, slitesterke og korrosjonsbestandige materialer med eksepsjonell slitestyrke og korrosjonsbestandighet. Bornitridkeramikk er et slitesterkt materiale som tåler svært høye temperaturer og strålingseksponering, og er derfor et ideelt materiale for bruk i atomreaktorer og romfart. De eksepsjonelle smøreegenskapene gjør dem også egnet til bruk i industrien, der de lave friksjonsnivåene gjør det lettere å skjære gjennom metaller mens andre metaller skjæres eller slipes bort.

Sekskantet bornitrid (h-BN) er en viktig teknisk keramikk med en analog struktur som ligner grafittens sekskantede lag, der bor- og nitrogenatomer er bundet av sterke kovalente bindinger som danner sekskantede lag som inneholder sekskantede strukturer arrangert sekskantet på sekskantede lag, noe som skaper unike egenskaper og kjennetegn som ikke finnes blant andre tekniske keramer.

H-BN tåler ekstreme støt og påkjenninger, noe som gjør det ideelt som smeltedigelmateriale i metallurgien for aluminium, sjeldne jordarter, keramikk og andre metaller. I tillegg tåler det høyt trykk og høy temperatur uten å bukke under for karbonkorrosjon, samtidig som det ikke reagerer med flytende metall. Dette materialet gjør h-BN til en utmerket kandidat for produksjon av høyytelsesbelegg som brukes til å fôre eller belegge industrielt utstyr.

h-BN kan enkelt bearbeides ved hjelp av standard skjæreverktøy i hurtigstål og, ved behov, karbid- eller diamantverktøy. Det gjør det relativt enkelt å oppnå intrikate former og detaljer, noe som gjør h-BN ideelt for bruksområder som ellers ikke er mulig med andre typer keramiske materialer.

Kubisk bornitrid (c-BN) lages ved å presse heksagonalt h-BN under høyt trykk og høy temperatur, på samme måte som syntetisk diamant dannes av grafitt. I motsetning til diamant har c-BN imidlertid lave smeltepunkter og lav slitestyrke, noe som gjør det egnet til å produsere harde belegg med utmerket motstand mot riper og slitasje.

lonsdaleite-modifiseringen av bornitrid skiller seg ut fra andre modifikasjoner som et av de hardeste materialene vi kjenner til. Med sine ekstraordinære egenskaper og potensial til å overgå selv c-BN som verdens hardeste materiale, har de unike egenskapene åpnet nye muligheter for forskning på keramiske materialer med høy ytelse som kan føre til nye industrielle bruksområder, men på grunn av den begrensede kommersielle tilgjengeligheten er lonsdaleitt fortsatt underutnyttet.

Bruksområder

Bornitridkeramikk har en termisk, kjemisk, elektrisk slitasje- og bruddbestandighet som gjør dem ideelle for mange bruksområder. De er lette, har lav dielektrisk konstant og svært holdbare egenskaper som tåler høye temperaturer - noe som gjør dem til et godt valg for bruk i kraftelektronikk som krever kjøling - i tillegg til at styrken og holdbarheten gjør dem populære til produksjon av skjære- og slipeverktøy til bruk i romfartsindustrien.

Heksagonalt bornitrid (h-BN) er et av de mest tilgjengelige keramiske bulkmaterialene. Denne krystallinske forbindelsen har samme krystallstruktur som grafitt, men heksagonalt bornitrid er betydelig hardere enn grafitt og biokompatibelt, samtidig som det tåler høye temperaturer - noe som gjør det til et utmerket alternativ for dentale bruksområder.

På grunn av sin eksepsjonelle termiske stabilitet og kjemiske inertitet brukes h-BN ofte som et korrosjonsbeskyttende skjold mot andre materialer. H-BN kan forhindre vannabsorpsjon fra smeltede metaller som aluminium-, magnesium- og sinklegeringer samt slagg som produseres under smelteprosesser, noe som gir omfattende beskyttelse for komponenter som utsettes for slike miljøer.

H-BN gir keramikk som kommer i kontakt med disse stoffene en kompromissløs beskyttelse mot glass, salter og de fleste smeltede metaller - for ikke å snakke om kjemiske angrep - en uovertruffen beskyttelse. I tillegg er det motstandsdyktig mot kjemiske angrep, noe som gjør det egnet for tøffe industrimiljøer.

I tillegg til de gode egenskapene er h-BN enkelt å bearbeide. Komplekse geometrier med små toleranser kan lages raskt uten bruk av kjøle- eller smøremidler - noe som gjør det lettere å lage deler med høy nøyaktighet og repeterbarhet.

Tradisjonelle keramiske materialer, som aluminiumoksid eller zirkoniumoksid, kan være vanskelige å bearbeide til komplekse former. H-BN-materialet har den fordelen at det kan bearbeides ved høyere hastigheter enn disse andre materialene, og egner seg derfor bedre til bruksområder med høy ytelse.

Produksjon

Deler av bornitrid lages vanligvis ved å varmpresse materialet ved høye temperaturer og trykk, noe som skaper tette strukturer med jevn tetthet. Alternativt kan delene maskinbearbeides fra solide blokker av dette materialet. Uansett hvilken produksjonsmetode som brukes, må alle bornitridkomponenter først kontrolleres for visuelle defekter, kjemisk sammensetning og fysiske egenskaper før de tas i bruk.

Keramisk bornitridmateriale er et ekstremt elastisk, maskinbearbeidbart keramisk materiale som er svært motstandsdyktig mot korrosjon og andre tøffe miljøer. I tillegg er det ikke-reaktivt, noe som gjør det egnet for bruksområder som krever høy temperaturstabilitet, og det reagerer ikke med glass, salter eller de fleste metaller, noe som gjør det egnet for vakuumbasert bruk.

BN har mange bruksområder og finnes i flere former, fra sintret bornitrid for høy temperaturytelse og slitesterke slipemidler og skjærematerialer til slitesterke slitestyrkematerialer og belegg for ekstruderingsverktøy, til bruk som slippmiddel for metallforming og trådtrekkingsprosesser, belegg som brukes på ekstruderingsverktøy, slippmidler som brukes under metallforming eller trådtrekking, samt dets termiske sjokkmotstandsegenskaper og elektriske isolasjonsegenskaper, noe som gjør det til et egnet materialvalg for elektroniske komponenter med høy effekt på grunn av dets termiske sjokkmotstandsegenskaper og elektriske isolasjonsegenskaper.

Heksagonal bornitrid har en krystallstruktur som ligner grafittens, og gir mange av de samme ytelsesfordelene. Heksagonal bornitrid, som også kalles hvit grafitt, har utmerket termisk stabilitet, elektriske egenskaper og varmespredningsevne, samtidig som det er både hardt og slitesterkt - egenskaper som gjør det nyttig i mange industrielle bruksområder.

Pyrolitisk bornitrid (PBN) er et ultrarent bornitrid i fast form som produseres ved hjelp av Chemical Vapor Deposition (CVD). Som navnet tilsier, har PBN overlegen ytelse ved høye temperaturer og mekanisk styrke, og kan produseres i tynne plater som kan brukes i Hall-effektmotorer, samt i spesialtilpassede former for bruk i ildfaste materialer og halvledere.

Sekskantet bornitrid kan bearbeides med presise toleranser, noe som gjør det til et utmerket materialvalg for applikasjoner som involverer komplekse geometrier. Precision Ceramics' team har lang erfaring med dette allsidige materialet og kan hjelpe deg med å utforme komponenter som oppfyller alle dine krav. For å garantere at du kun mottar deler av bornitrid av høy kvalitet under produksjonen, inkluderer våre kvalitetstester røntgendiffraksjon og Fourier-transform infrarød spektroskopi, som verifiserer henholdsvis renhet, krystallstruktur og kjemisk sammensetning.

Behandling

Bornitrids særegne fysiske egenskaper gjør det til et enestående keramisk materiale som er perfekt til bruk i en rekke industrielle applikasjoner. Fra sintrede BN-komponenter til slitesterke slipemidler og skjærematerialer av kubisk bornitrid (cBN) - denne syntetiske tekniske keramikken kan skilte med overlegen kjemisk stabilitet og mekanisk styrke i tillegg til eksepsjonelle termiske egenskaper for allsidig bruk.

Bornitrid er et ideelt materiale for ovnskomponenter som smelteringer, isolatorer og dyser på grunn av sin gode mikrobølgetransparens og våtbestandighet, noe som gjør det egnet til å tette overflater som kommer i kontakt med flytende metaller eller smeltet slagg. I tillegg gjør den utmerkede mikrobølgetransparensen og våtbestandigheten materialet egnet til bruk som ildfaste komponenter.

På grunn av den lave varmeutvidelseskoeffisienten er BN svært stabilt over et bredt temperaturområde og påvirkes ikke nevneverdig av plutselige temperaturøkninger og -reduksjoner. Dette gjør at det tåler høye temperaturer uten å brytes ned i tøffe miljøer der andre materialer ville sprekke eller brytes ned raskt.

BN har en ekstremt lav termisk masse, noe som ytterligere forbedrer den termiske ytelsen. Sammen med den lave termiske ekspansjonen og oksidasjonsmotstanden gjør dette BN til et utmerket materialvalg for bruksområder med høye temperaturer, i enda større grad enn nikkel og kobolt!

Som pulver er BN enkelt å bearbeide med standard skjæreverktøy av høyhastighetsstål. Karbidspissverktøy kan være egnet for mer utfordrende bornitridkvaliteter (titannitrid eller ZSBN), mens diamantverktøy kan være egnet for svært harde kvaliteter (ZSBN).

Sekskantet bornitrid (hBN) kan enkelt freses til form med tørrsliping ved hjelp av slipemidler eller vannstråler, noe som gjør det egnet for presis bearbeiding av komplekse former. I motsetning til mange andre keramiske materialer har bornitrid dessuten minimal termisk ekspansjon, slik at skjærehastigheten forblir konstant under freseoperasjoner.

Sintret bornitrid kan forsterkes med oksider og karbider for å oppnå forbedrede egenskaper. Et slikt materiale, ZSBN - som består av harde ZrO2-partikler jevnt fordelt blant myke BN-plater i en matrise av borsilikatglass - drar stor nytte av forsterkning med oksider og karbider for å oppnå bedre våtbestandighet, noe som gjør det egnet til bruk i bruddringer for kontinuerlig støping og i metallforstøvningsdyser for lettmetallsmelter.