Cerâmica de nitreto de boro e suas diversas aplicações

A cerâmica de nitreto de boro usinável é uma opção de material ideal quando se busca isolamento elétrico e condutividade térmica, além de excepcional força e resistência ao desgaste, o que também a torna adequada para ferramentas de corte.

O nitreto de boro hexagonal apresenta uma estrutura semelhante a uma cebola com camadas que exibem vários ângulos de torção no plano, tornando esse material um dos mais resistentes disponíveis.

Características

As cerâmicas de nitreto de boro são materiais duros, fortes, resistentes ao desgaste e à corrosão, com características excepcionais de resistência ao desgaste e à corrosão. Como materiais duráveis capazes de suportar temperaturas muito altas e exposição à radiação, as cerâmicas de nitreto de boro são materiais ideais para uso em reatores nucleares e aplicações aeroespaciais. Suas excepcionais propriedades lubrificantes também as tornam adequadas para uso em manufatura, onde seus baixos níveis de atrito ajudam a cortar metais com mais suavidade ao cortar ou esmerilhar outros metais.

O nitreto de boro hexagonal (h-BN) é uma cerâmica de engenharia essencial com uma estrutura análoga semelhante às camadas hexagonais do grafite, na qual os átomos de boro e nitrogênio são ligados por fortes ligações covalentes formando camadas hexagonais que contêm estruturas hexagonais dispostas hexagonalmente em camadas hexagonais, criando propriedades e características exclusivas não encontradas em outras cerâmicas de engenharia.

O H-BN resiste bem a choques e estresse extremos, o que o torna ideal para uso como material de cadinho na metalurgia do alumínio, terras raras, cerâmica e outros metais. Além disso, ele pode suportar alta pressão e temperatura sem sucumbir à corrosão por carbono, permanecendo livre de reações com metal líquido. Além disso, esse material torna o h-BN um excelente candidato para a produção de revestimentos de alto desempenho usados para revestir equipamentos industriais.

O h-BN pode ser usinado facilmente com ferramentas de corte padrão de aço rápido e, quando necessário, com ferramentas de carboneto ou diamante. Como ele permite que formas e detalhes intrincados sejam obtidos com relativa facilidade, o h-BN é ideal para aplicações que, de outra forma, seriam impossíveis com outros tipos de materiais cerâmicos.

O nitreto cúbico de boro (c-BN) é produzido pela pressão do h-BN hexagonal sob alta pressão e temperatura, da mesma forma que o diamante sintético é formado a partir do grafite. Entretanto, diferentemente do diamante, o c-BN apresenta baixos pontos de fusão e abrasividade, o que o torna adequado para a produção de revestimentos duros com excelente resistência a arranhões e abrasão.

A modificação de lonsdaleita do nitreto de boro se destaca de outras modificações como um dos materiais mais duros conhecidos. Com suas propriedades extraordinárias e seu potencial para superar até mesmo o c-BN como o material mais duro do mundo, suas propriedades exclusivas abriram novos caminhos de pesquisa em materiais cerâmicos de alto desempenho que podem levar a novas aplicações industriais; no entanto, devido à sua disponibilidade comercial limitada, a lonsdaleíta permanece subexplorada até o momento.

Aplicativos

As cerâmicas de nitreto de boro com resistência térmica, química, elétrica, ao desgaste e à fratura as tornam ideais para muitas aplicações. Como são leves, com baixa constante dielétrica e propriedades altamente duráveis que resistem a altas temperaturas - o que as torna ótimas opções para uso em eletrônicos de potência que exigem resfriamento -, além de sua resistência e durabilidade, elas são muito usadas na fabricação de ferramentas de corte e esmerilhamento para uso na indústria aeroespacial.

O nitreto de boro hexagonal (h-BN) é um dos materiais cerâmicos em massa mais amplamente disponíveis. Esse composto cristalino compartilha estruturas cristalinas semelhantes às do grafite; no entanto, o nitreto de boro hexagonal é significativamente mais duro que o grafite e biocompatível, além de ser capaz de suportar altas temperaturas, o que o torna uma excelente opção para aplicações odontológicas.

Devido à sua excepcional estabilidade térmica e inércia química, o h-BN é frequentemente empregado como proteção anticorrosiva contra outros materiais. O H-BN pode impedir a absorção de água de metais fundidos, como ligas de alumínio, magnésio e zinco, bem como de qualquer escória produzida durante os processos de fundição, fornecendo proteção abrangente para componentes expostos a esses ambientes.

O H-BN oferece às cerâmicas que entram em contato com essas substâncias uma proteção inabalável contra vidro, sais e a maioria dos metais fundidos, sem mencionar os ataques químicos. Além disso, ele é resistente a ataques químicos, o que o torna adequado para ambientes industriais adversos.

Além de suas propriedades desejáveis, o h-BN é fácil de usinar. Geometrias complexas com tolerâncias rígidas podem ser criadas rapidamente sem o uso de refrigerantes ou lubrificantes, o que facilita a criação de peças com alta precisão e repetibilidade.

Os materiais cerâmicos tradicionais, como alumina ou zircônia, podem ser difíceis de usinar em formas complexas. O material H-BN tem a vantagem de ser usinado em velocidades mais altas do que esses outros materiais e, portanto, é mais adequado para aplicações de alto desempenho.

Fabricação

As peças de nitreto de boro são normalmente criadas por prensagem a quente do material em altas temperaturas e pressões, criando estruturas densas com densidade uniforme. Como alternativa, as peças podem ser usinadas a partir de blocos sólidos desse material. Independentemente do método de fabricação empregado, todos os componentes de nitreto de boro devem ser verificados quanto a defeitos visuais, composição química e propriedades físicas antes de serem implantados nas aplicações.

O material cerâmico de nitreto de boro é um material cerâmico usinável extremamente resiliente, altamente resistente à corrosão e a outros ambientes adversos. Além disso, sua não reatividade o torna adequado para aplicações que exigem estabilidade em altas temperaturas; além disso, não reage com vidro, sais ou com a maioria dos metais, o que o torna adequado para uso em vácuo.

O BN tem inúmeras aplicações e pode ser encontrado em diversas formas, desde nitreto de boro sinterizado para desempenho em altas temperaturas e abrasivos e materiais de corte resistentes ao desgaste até materiais e revestimentos resistentes ao desgaste de nitreto de boro cúbico para ferramentas de extrusão, para uso como agentes desmoldantes para processos de conformação de metal e trefilação, revestimentos usados em ferramentas de extrusão, agentes desmoldantes usados durante operações de conformação de metal ou trefilação, bem como suas propriedades de resistência a choques térmicos e propriedades de isolamento elétrico, o que o torna uma opção de material adequado para componentes eletrônicos de alta potência devido às suas propriedades de resistência a choques térmicos e propriedades de isolamento elétrico.

A estrutura cristalina do nitreto de boro hexagonal se assemelha à do grafite, proporcionando muitos dos mesmos benefícios de desempenho. Também conhecido como grafite branco, o nitreto de boro hexagonal oferece excelente estabilidade térmica, propriedades elétricas e capacidade de dissipação de calor, além de ser duro e resistente à abrasão - qualidades que o tornam útil em muitas aplicações industriais.

O nitreto de boro pirolítico (PBN) é um nitreto de boro sólido de pureza ultra-alta produzido por meio de deposição química de vapor (CVD). Como o próprio nome indica, o PBN oferece desempenho superior em altas temperaturas, bem como resistência mecânica, e pode ser transformado em folhas finas que podem ser usadas em propulsores de efeito Hall, bem como em formas personalizadas projetadas para serem usadas em aplicações refratárias e de semicondutores.

O nitreto de boro hexagonal pode ser usinado com tolerâncias precisas, o que o torna uma excelente opção de material para aplicações que envolvem geometrias complexas. A equipe da Precision Ceramics tem ampla experiência em trabalhar com esse material versátil e pode ajudar a projetar componentes para atender a todos os seus requisitos. Para garantir que você receba apenas peças de nitreto de boro de alta qualidade durante a fabricação, nossos testes de qualidade incluem testes de difração de raios X e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, que verificam sua pureza, estrutura cristalina e composição química, respectivamente.

Processamento

As propriedades físicas distintas do nitreto de boro fazem dele um material cerâmico excepcional, perfeito para uso em diversas aplicações industriais. De componentes sinterizados de BN a abrasivos resistentes ao desgaste e materiais de corte de nitreto cúbico de boro (cBN), essa cerâmica técnica sintética apresenta estabilidade química e resistência mecânica superiores, além de propriedades térmicas excepcionais para uso em todas as situações.

O nitreto de boro é um material ideal para componentes de fornos, como anéis de fusão, isoladores e bicos, devido à sua boa transparência para micro-ondas e resistência à umidade, o que o torna adequado para vedar superfícies em contato com metais líquidos ou escórias fundidas. Além disso, sua excelente transparência em micro-ondas e resistência à umidade o tornam adequado para uso como componentes refratários.

Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, o BN é altamente estável em uma ampla faixa de temperatura e não é significativamente afetado por aumentos e reduções repentinos de temperatura. Isso permite que ele resista a altas temperaturas sem se degradar em ambientes adversos, onde outros materiais rachariam ou se decomporiam rapidamente.

O BN tem uma massa térmica extremamente baixa, o que melhora ainda mais seu desempenho térmico. Juntamente com suas propriedades de baixa expansão térmica e resistência à oxidação, isso torna o BN uma excelente opção de material para aplicações de alta temperatura, mais do que seus equivalentes de níquel e cobalto!

Como pó, o BN é fácil de usinar com ferramentas de corte padrão de aço rápido. As ferramentas com ponta de metal duro podem ser apropriadas para classes mais desafiadoras de nitreto de boro (nitreto de titânio ou ZSBN), enquanto as ferramentas de diamante podem ser apropriadas para classes muito duras (ZSBN).

O nitreto de boro hexagonal (hBN) pode ser facilmente fresado para obter a forma desejada com retificação a seco usando abrasivos ou jatos de água, o que o torna adequado para a usinagem precisa de formas complexas. Além disso, ao contrário de muitos materiais cerâmicos, o nitreto de boro apresenta expansão térmica mínima, de modo que as velocidades de corte permanecem consistentes durante as operações de fresamento.

O nitreto de boro sinterizado pode ser reforçado com óxidos e carbonetos para obter propriedades aprimoradas. Um desses materiais, o ZSBN, que consiste em partículas duras de ZrO2 uniformemente dispersas entre plaquetas macias de BN em uma matriz de vidro de borossilicato, se beneficia muito do reforço com óxidos e carbonetos para resistência à umidade, o que o torna adequado para anéis de ruptura de fundição contínua, bem como para bicos de atomização de metal adequados para fusão de metais leves.