Cerâmica de nitreto de boro e suas muitas aplicações

A cerâmica de nitreto de boro maquinável é uma escolha de material ideal quando se procura isolamento elétrico e condutividade térmica, juntamente com uma força e resistência ao desgaste excepcionais - o que também a torna adequada para ferramentas de corte.

O nitreto de boro hexagonal apresenta uma estrutura tipo cebola com camadas que exibem vários ângulos de torção no plano, tornando este 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. As suas excepcionais propriedades lubrificantes também as tornam adequadas para utilização no fabrico, onde os seus baixos níveis de fricção ajudam a cortar metais de forma mais suave enquanto cortam ou trituram outros metais.

O nitreto de boro hexagonal (h-BN) é uma cerâmica de engenharia essencial com uma estrutura análoga semelhante às camadas hexagonais da grafite, em que os átomos de boro e de azoto estão ligados por fortes ligações covalentes, formando camadas hexagonais que contêm estruturas hexagonais dispostas hexagonalmente em camadas hexagonais, criando propriedades e características únicas não encontradas noutras cerâmicas de engenharia.

O H-BN resiste bem a choques e tensões extremas, tornando-o ideal para utilização como material de cadinho na metalurgia do alumínio, terras raras, cerâmica e outros metais. Além disso, pode suportar alta pressão e temperatura sem sucumbir à corrosão do carbono, mantendo-se livre de reação com metal líquido. Além disso, este material faz do h-BN um excelente candidato para a produção de revestimentos de alto desempenho utilizados para revestir ou revestir equipamento industrial.

O h-BN pode ser maquinado facilmente com ferramentas de corte normais de aço rápido e, quando necessário, com ferramentas de carboneto ou diamante. Como permite obter formas e pormenores intrincados com relativa facilidade, o h-BN é ideal para aplicações que, de outro modo, seriam impossíveis com outros tipos de materiais cerâmicos.

O nitreto de boro cúbico (c-BN) é produzido através da pressão do h-BN hexagonal sob alta pressão e temperatura, tal como o diamante sintético é formado a partir da grafite. No entanto, ao contrário do diamante, o c-BN apresenta baixos pontos de fusão e abrasividade, o que o torna adequado para produzir revestimentos duros com excelente resistência a riscos e à abrasão.

A modificação lonsdaleite do nitreto de boro destaca-se de outras modificações como um dos materiais mais duros conhecidos. Com as suas extraordinárias propriedades e potencial para ultrapassar até o c-BN como o material mais duro do mundo, as suas propriedades únicas abriram novas vias de investigação em materiais cerâmicos de elevado desempenho que podem conduzir a novas aplicações industriais; no entanto, devido à sua limitada disponibilidade comercial, a lonsdaleite continua a ser pouco explorada neste momento.

Aplicações

As cerâmicas de nitreto de boro com resistência térmica, química, eléctrica, ao desgaste e à fratura tornam-nas ideais para muitas aplicações. Como são leves, com baixa constante dieléctrica e propriedades altamente duráveis que suportam altas temperaturas - tornando-as excelentes opções para utilização em eletrónica de potência que requer arrefecimento - bem como a sua resistência e durabilidade, fazem com que sejam popularmente utilizadas para fabricar ferramentas de corte e retificação para utilização na indústria aeroespacial.

O nitreto de boro hexagonal (h-BN) é um dos materiais cerâmicos a granel mais amplamente disponíveis. Este composto cristalino partilha estruturas cristalinas semelhantes às da grafite; no entanto, o nitreto de boro hexagonal é significativamente mais duro do que a grafite e biocompatível, sendo capaz de suportar temperaturas elevadas - o que o torna uma excelente opção para aplicações dentárias.

Devido à sua excecional estabilidade térmica e inércia química, o h-BN é frequentemente utilizado 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, proporcionando uma proteção abrangente para componentes expostos a esses ambientes.

O H-BN proporciona às cerâmicas que entram em contacto com estas substâncias uma proteção sem compromissos contra o vidro, os sais e a maioria dos metais fundidos - para não falar dos ataques químicos - uma proteção inigualável. Além disso, é resistente a ataques químicos, o que o torna adequado para ambientes industriais agressivos.

Para além das suas propriedades desejáveis, o h-BN é fácil de maquinar. Geometrias complexas com tolerâncias apertadas podem ser criadas rapidamente sem a utilização de refrigerantes ou lubrificantes - o que facilita a criação de peças com elevada precisão e repetibilidade.

Os materiais cerâmicos tradicionais, como a alumina ou a zircónia, podem ser difíceis de maquinar em formas complexas. O material H-BN tem a vantagem de ser maquinado a velocidades mais elevadas do que estes outros materiais e, por conseguinte, é mais adequado para aplicações de elevado desempenho.

Fabrico

As peças de nitreto de boro são normalmente criadas através da prensagem a quente do material a 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 primeiro ser verificados quanto a defeitos visuais, composição química e propriedades físicas antes de serem implantados em aplicações.

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

O BN tem numerosas aplicações e pode ser encontrado em várias formas, desde o nitreto de boro sinterizado para desempenho a altas temperaturas e abrasivos resistentes ao desgaste e materiais de corte até materiais resistentes ao desgaste de nitreto de boro cúbico e revestimentos para ferramentas de extrusão, para utilização como agentes desmoldantes para processos de conformação de metal e trefilagem, revestimentos utilizados em ferramentas de extrusão, agentes desmoldantes utilizados durante operações de conformação de metal ou trefilagem, bem como as suas propriedades de resistência ao choque térmico e propriedades de isolamento elétrico, tornando-o uma escolha de material adequado para componentes electrónicos de alta potência devido às suas propriedades de resistência ao choque térmico e propriedades de isolamento elétrico.

A estrutura cristalina do nitreto de boro hexagonal assemelha-se à do grafite, proporcionando muitas das mesmas vantagens de desempenho. Também conhecido como grafite branca, 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 deposição química em fase vapor (CVD). Tal como o seu nome indica, o PBN oferece um desempenho superior a altas temperaturas, bem como resistência mecânica, e pode ser fabricado em folhas finas que podem ser utilizadas em propulsores de efeito Hall, bem como em formas personalizadas concebidas para serem utilizadas em aplicações refractárias e de semicondutores.

O nitreto de boro hexagonal pode ser maquinado com tolerâncias precisas, o que o torna uma excelente escolha de material para aplicações que envolvem geometrias complexas. A equipa da Precision Ceramics tem uma vasta experiência de trabalho com este material versátil e pode ajudar a conceber componentes que satisfaçam todos os seus requisitos. Para garantir que recebe apenas peças de nitreto de boro de alta qualidade durante o fabrico, os nossos testes de qualidade incluem testes de difração de raios X e de espetroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier, que verificam a sua pureza, estrutura cristalina e composição química, respetivamente.

Processamento

As propriedades físicas distintas do nitreto de boro fazem dele um material cerâmico excecional, perfeito para utilização em inúmeras aplicações industriais. Desde componentes BN sinterizados a abrasivos resistentes ao desgaste e materiais de corte de nitreto de boro cúbico (cBN), esta cerâmica técnica sintética apresenta uma estabilidade química e uma resistência mecânica superiores, juntamente com propriedades térmicas excepcionais para uma utilização em todas as situações.

O nitreto de boro é um material ideal para componentes de fornos, como anéis de fusão, isoladores e bocais, devido à sua boa transparência em micro-ondas e resistência à humidade, tornando-o adequado para vedar superfícies em contacto com metais líquidos ou escórias fundidas. Além disso, a sua excelente transparência às micro-ondas e resistência à humidade tornam-no adequado para utilização como componentes refractários.

Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, o BN é altamente estável numa vasta gama de temperaturas e não é significativamente afetado por aumentos e diminuições súbitas de temperatura. Este facto permite-lhe suportar temperaturas elevadas sem se degradar em ambientes agressivos, onde outros materiais rachariam ou se decomporiam rapidamente.

O BN tem uma massa térmica extremamente baixa, o que melhora ainda mais o seu desempenho térmico. Juntamente com as suas propriedades de baixa expansão térmica e resistência à oxidação, isto faz do BN uma excelente escolha de material para aplicações a altas temperaturas; mais do que os seus homólogos de níquel e cobalto!

Como pó, o BN é fácil de maquinar com ferramentas de corte normais de aço rápido. As ferramentas de ponta de carboneto podem ser adequadas para graus mais difíceis de nitreto de boro (nitreto de titânio ou ZSBN), enquanto as ferramentas de diamante podem ser adequadas para graus muito duros (ZSBN).

O nitreto de boro hexagonal (hBN) pode ser facilmente fresado com moagem a seco utilizando abrasivos ou jactos de água, tornando-o adequado para a maquinação precisa de formas complexas. Além disso, ao contrário de muitos materiais cerâmicos, o nitreto de boro apresenta uma expansão térmica mínima, pelo que as velocidades de corte permanecem consistentes durante as operações de fresagem.

O nitreto de boro sinterizado pode ser reforçado com óxidos e carbonetos para obter propriedades melhoradas. Um desses materiais, o ZSBN - que consiste em partículas duras de ZrO2 uniformemente dispersas entre plaquetas macias de BN numa matriz de vidro de borossilicato - beneficia grandemente do reforço com óxidos e carbonetos para resistência à humidade, tornando-o adequado para anéis de rutura de fundição contínua, bem como para bocais de atomização de metal adequados para fundidos de metais leves.