Ceramika z azotku boru i jej liczne zastosowania

Obrabialna ceramika z azotku boru jest idealnym materiałem dla osób poszukujących izolacji elektrycznej i przewodności cieplnej, wraz z wyjątkową wytrzymałością i odpornością na zużycie - dzięki czemu nadaje się również do narzędzi skrawających.

Sześciokątny azotek boru ma strukturę przypominającą cebulę z warstwami, które wykazują różne kąty skręcenia w płaszczyźnie, co czyni ten materiał jednym z najtwardszych dostępnych.

Charakterystyka

Ceramika z azotku boru to twarde, wytrzymałe, odporne na zużycie i korozję materiały o wyjątkowej odporności na zużycie i korozję. Jako trwałe materiały zdolne wytrzymać bardzo wysokie temperatury i ekspozycję na promieniowanie, ceramika z azotku boru jest idealnym materiałem do stosowania w reaktorach jądrowych i zastosowaniach lotniczych. Ich wyjątkowe właściwości smarne sprawiają, że nadają się również do zastosowań produkcyjnych, gdzie ich niski poziom tarcia pomaga w płynniejszym przecinaniu metali podczas cięcia lub szlifowania innych metali.

Sześciokątny azotek boru (h-BN) to niezbędna ceramika inżynieryjna o analogicznej strukturze podobnej do sześciokątnych warstw grafitu, w której atomy boru i azotu są związane silnymi wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc sześciokątne warstwy, które zawierają sześciokątne struktury sześciokątne ułożone sześciokątnie na sześciokątnych warstwach, tworząc unikalne właściwości i cechy niespotykane wśród innych ceramik inżynieryjnych.

H-BN dobrze znosi ekstremalne wstrząsy i naprężenia, dzięki czemu idealnie nadaje się do stosowania jako materiał tyglowy w metalurgii aluminium, metali ziem rzadkich, ceramiki i innych metali. Dodatkowo, może wytrzymać wysokie ciśnienie i temperaturę bez ulegania korozji węglowej, pozostając jednocześnie wolnym od reakcji z ciekłym metalem. Co więcej, materiał ten sprawia, że h-BN jest doskonałym kandydatem do produkcji wysokowydajnych powłok stosowanych do powlekania urządzeń przemysłowych.

h-BN może być łatwo obrabiany przy użyciu standardowych narzędzi tnących ze stali szybkotnącej, a w razie potrzeby narzędzi węglikowych lub diamentowych. Pozwala to na uzyskanie skomplikowanych kształtów i detali ze względną łatwością, dzięki czemu h-BN jest idealny do zastosowań niemożliwych w przypadku innych rodzajów materiałów ceramicznych.

Sześcienny azotek boru (c-BN) powstaje w wyniku prasowania sześciokątnego h-BN pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze, podobnie jak syntetyczny diament powstaje z grafitu. Jednak w przeciwieństwie do diamentu, c-BN charakteryzuje się niską temperaturą topnienia i ścieralnością, dzięki czemu nadaje się do produkcji twardych powłok o doskonałej odporności na zarysowania i ścieranie.

Modyfikacja azotku boru lonsdaleitem wyróżnia się na tle innych modyfikacji jako jeden z najtwardszych znanych materiałów. Dzięki swoim niezwykłym właściwościom i potencjałowi przewyższenia nawet c-BN jako najtwardszego materiału na świecie, jego unikalne właściwości otworzyły nowe możliwości badań nad wysokowydajnymi materiałami ceramicznymi, które mogą prowadzić do nowych zastosowań przemysłowych; jednak ze względu na ograniczoną dostępność handlową lonsdaleit pozostaje obecnie niedostatecznie wykorzystany.

Zastosowania

Ceramika z azotku boru charakteryzuje się odpornością termiczną, chemiczną, elektryczną i odpornością na pękanie, co czyni ją idealną do wielu zastosowań. Są lekkie, mają niską stałą dielektryczną i bardzo trwałe właściwości, które wytrzymują wysokie temperatury - co czyni je doskonałym wyborem do stosowania w energoelektronice wymagającej chłodzenia - a ich wytrzymałość i trwałość sprawiają, że są one powszechnie stosowane do produkcji narzędzi tnących i szlifierskich do użytku w przemyśle lotniczym.

Sześciokątny azotek boru (h-BN) jest jednym z najszerzej dostępnych masowych materiałów ceramicznych. Ten krystaliczny związek ma podobną strukturę krystaliczną do grafitu; jednak heksagonalny azotek boru jest znacznie twardszy niż grafit i biokompatybilny, a jednocześnie jest w stanie wytrzymać wysokie temperatury - co czyni go doskonałą opcją do zastosowań dentystycznych.

Ze względu na wyjątkową stabilność termiczną i obojętność chemiczną, h-BN jest często stosowany jako osłona antykorozyjna przed innymi materiałami. H-BN może zapobiegać absorpcji wody przez stopione metale, takie jak aluminium, magnez i stopy cynku, a także wszelkie żużle powstające podczas procesów wytapiania, zapewniając kompleksową ochronę komponentów narażonych na takie środowiska.

H-BN zapewnia ceramice mającej kontakt z tymi substancjami bezkompromisową ochronę przed szkłem, solami i większością stopionych metali - nie wspominając o atakach chemicznych - bezkonkurencyjną ochronę. Co więcej, jest odporny na ataki chemiczne, dzięki czemu nadaje się do trudnych warunków przemysłowych.

Oprócz pożądanych właściwości, h-BN jest łatwy w obróbce. Złożone geometrie o wąskich tolerancjach można szybko tworzyć bez użycia chłodziw lub smarów - ułatwia to tworzenie części o wysokiej dokładności i powtarzalności.

Tradycyjne materiały ceramiczne, takie jak tlenek glinu lub tlenek cyrkonu, mogą być trudne do obróbki w celu uzyskania złożonych kształtów. Materiał H-BN ma tę zaletę, że może być obrabiany z wyższymi prędkościami niż te inne materiały, a zatem jest bardziej odpowiedni do zastosowań o wysokiej wydajności.

Produkcja

Części z azotku boru są zwykle tworzone poprzez prasowanie materiału na gorąco w wysokich temperaturach i ciśnieniach, tworząc gęste struktury o jednolitej gęstości. Alternatywnie, części mogą być obrabiane z litych bloków tego materiału. Niezależnie od zastosowanej metody produkcji, wszystkie komponenty z azotku boru muszą być najpierw sprawdzone pod kątem wad wizualnych, składu chemicznego i właściwości fizycznych, zanim zostaną wdrożone do zastosowań.

Materiał ceramiczny z azotku boru jest niezwykle sprężystym, obrabialnym materiałem ceramicznym, wysoce odpornym na korozję i inne trudne warunki. Dodatkowo, jego niereaktywność sprawia, że nadaje się do zastosowań wymagających stabilności w wysokich temperaturach; ponadto nie reaguje ze szkłem, solami ani większością metali, dzięki czemu nadaje się do zastosowań próżniowych.

BN ma wiele zastosowań i można go znaleźć w kilku formach, od spiekanego azotku boru do pracy w wysokich temperaturach i odpornych na zużycie materiałów ściernych i tnących, po odporne na zużycie materiały i powłoki z sześciennego azotku boru do narzędzi do wytłaczania, do stosowania jako środki antyadhezyjne w procesach formowania metali i ciągnienia drutu, powłoki stosowane na narzędziach do wytłaczania, środki antyadhezyjne stosowane podczas operacji formowania metali lub ciągnienia drutu, a także jego właściwości odporności na szok termiczny i właściwości izolacji elektrycznej, dzięki czemu jest odpowiednim materiałem do komponentów elektronicznych dużej mocy ze względu na jego właściwości odporności na szok termiczny i właściwości izolacji elektrycznej.

Struktura krystaliczna heksagonalnego azotku boru przypomina strukturę grafitu, zapewniając wiele takich samych korzyści w zakresie wydajności. Nazywany również białym grafitem, heksagonalny azotek boru zapewnia doskonałą stabilność termiczną, właściwości elektryczne i zdolność rozpraszania ciepła, a jednocześnie jest twardy i odporny na ścieranie - cechy, które sprawiają, że jest przydatny w wielu zastosowaniach przemysłowych.

Pyrolitic Boron Nitride (PBN) to stały azotek boru o bardzo wysokiej czystości, wytwarzany metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Jak sama nazwa wskazuje, PBN oferuje doskonałą wydajność w wysokich temperaturach, a także wytrzymałość mechaniczną i może być wytwarzany w postaci cienkich arkuszy, które mogą być stosowane w silnikach strumieniowych z efektem Halla, a także w niestandardowych kształtach zaprojektowanych do zastosowań ogniotrwałych i półprzewodnikowych.

Sześciokątny azotek boru może być obrabiany z zachowaniem precyzyjnych tolerancji, co czyni go doskonałym materiałem do zastosowań wymagających złożonych geometrii. Zespół Precision Ceramics ma bogate doświadczenie w pracy z tym wszechstronnym materiałem i może pomóc w projektowaniu komponentów spełniających wszystkie Twoje wymagania. Aby zagwarantować, że podczas produkcji otrzymasz tylko wysokiej jakości części z azotku boru, nasze testy jakości obejmują dyfrakcję rentgenowską i testy spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera, które weryfikują odpowiednio jego czystość, strukturę krystaliczną i skład chemiczny.

Przetwarzanie

Charakterystyczne właściwości fizyczne azotku boru sprawiają, że jest to wyjątkowy materiał ceramiczny, idealny do wielu zastosowań przemysłowych. Od spiekanych komponentów BN po odporne na zużycie materiały ścierne z sześciennego azotku boru (cBN) i materiały tnące, ta syntetyczna ceramika techniczna charakteryzuje się doskonałą stabilnością chemiczną i wytrzymałością mechaniczną, a także wyjątkowymi właściwościami termicznymi do wszechstronnego zastosowania.

Azotek boru jest idealnym materiałem na elementy pieców, takie jak pierścienie do topienia, izolatory i dysze, ze względu na dobrą przezroczystość mikrofalową i odporność na wilgoć, dzięki czemu nadaje się do uszczelniania powierzchni mających kontakt z ciekłymi metalami lub stopionymi żużlami. Ponadto jego doskonała przezroczystość mikrofalowa i odporność na wilgoć sprawiają, że nadaje się do stosowania jako elementy ogniotrwałe.

Ze względu na niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, BN jest bardzo stabilny w szerokim zakresie temperatur i nie ma na niego znaczącego wpływu nagły wzrost lub spadek temperatury. Pozwala to wytrzymać wysokie temperatury bez degradacji w trudnych warunkach, w których inne materiały szybko pękają lub ulegają rozkładowi.

BN ma wyjątkowo niską masę termiczną, co dodatkowo poprawia jego wydajność termiczną. W połączeniu z niską rozszerzalnością cieplną i odpornością na utlenianie sprawia to, że BN jest doskonałym materiałem do zastosowań wysokotemperaturowych; bardziej niż jego niklowe i kobaltowe odpowiedniki!

Jako proszek, BN jest łatwy w obróbce przy użyciu standardowych narzędzi skrawających ze stali szybkotnącej. Narzędzia z końcówkami z węglików spiekanych mogą być odpowiednie dla bardziej wymagających gatunków azotku boru (azotek tytanu lub ZSBN), podczas gdy narzędzia diamentowe mogą być odpowiednie dla bardzo twardych gatunków (ZSBN).

Sześciokątny azotek boru (hBN) można łatwo frezować do kształtu za pomocą szlifowania na sucho przy użyciu materiałów ściernych lub strumieni wody, dzięki czemu nadaje się do precyzyjnej obróbki złożonych kształtów. Ponadto, w przeciwieństwie do wielu materiałów ceramicznych, azotek boru wykazuje minimalną rozszerzalność cieplną, dzięki czemu prędkości skrawania pozostają stałe podczas frezowania.

Spiekany azotek boru można wzmocnić tlenkami i węglikami w celu uzyskania lepszych właściwości. Jeden z takich materiałów, ZSBN - składający się z twardych cząstek ZrO2 równomiernie rozproszonych wśród miękkich płytek BN w matrycy ze szkła borokrzemianowego - znacznie zyskuje na wzmocnieniu tlenkami i węglikami w celu uzyskania odporności na wilgoć, dzięki czemu nadaje się do pierścieni przerywających do odlewania ciągłego, a także dysz rozpylających metal odpowiednich do stopów metali lekkich.