Keramika z nitridu bóru a jej mnohé aplikácie

Obrábateľná keramika z nitridu bóru je ideálnou voľbou materiálu, ak hľadáte elektrickú izoláciu a tepelnú vodivosť spolu s výnimočnou pevnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu, vďaka čomu je vhodná aj na rezné nástroje.

Šesťuholníkový nitrid bóru má cibuľovitú štruktúru s vrstvami, ktoré vykazujú rôzne uhly skrútenia v rovine, čo z tohto materiálu robí jeden z najtvrdších dostupných materiálov.

Charakteristika

Keramika z nitridu bóru je tvrdý, pevný, odolný proti opotrebovaniu a korózii materiál s výnimočnými vlastnosťami odolnosti proti opotrebovaniu a korózii. Ako odolné materiály, ktoré sú schopné odolávať veľmi vysokým teplotám a pôsobeniu žiarenia, je keramika z nitridu bóru ideálnym materiálom na použitie v jadrových reaktoroch a v leteckom a kozmickom priemysle. Vďaka svojim výnimočným mazacím vlastnostiam sú vhodné aj na použitie vo výrobe, kde ich nízka úroveň trenia pomáha hladšie prerezávať kovy pri rezaní alebo brúsení iných kovov.

Hexagonálny nitrid bóru (h-BN) je základná technická keramika s analogickou štruktúrou podobnou hexagonálnym vrstvám grafitu, v ktorej sú atómy bóru a dusíka viazané silnými kovalentnými väzbami vytvárajúcimi hexagonálne vrstvy, ktoré obsahujú hexagonálne hexagonálne štruktúry usporiadané hexagonálne na hexagonálnych vrstvách, čím vytvárajú jedinečné vlastnosti a charakteristiky, ktoré sa nenachádzajú medzi inými technickými keramikami.

H-BN dobre odoláva extrémnym nárazom a namáhaniu, vďaka čomu je ideálny na použitie ako téglik v metalurgii hliníka, vzácnych zemín, keramiky a iných kovov. Okrem toho odoláva vysokému tlaku a teplote bez toho, aby podľahol korózii uhlíka, pričom zostáva bez reakcie s tekutým kovom. Okrem toho je h-BN vďaka tomuto materiálu vynikajúcim kandidátom na výrobu vysokoúčinných povlakov používaných na lemovanie alebo poťahovanie priemyselných zariadení.

h-BN sa dá ľahko obrábať pomocou štandardných rezných nástrojov z rýchloreznej ocele a v prípade potreby aj pomocou karbidových alebo diamantových nástrojov. Keďže umožňuje relatívne ľahko dosiahnuť zložité tvary a detaily, h-BN je ideálny na aplikácie, ktoré by inak neboli možné s inými typmi keramických materiálov.

Kubický nitrid bóru (c-BN) sa vyrába stlačením hexagonálneho h-BN pod vysokým tlakom a teplotou, podobne ako sa syntetický diamant vytvára z grafitu. Na rozdiel od diamantu sa však c-BN vyznačuje nízkymi teplotami tavenia a abrazívnosťou, vďaka čomu je vhodný na výrobu tvrdých povlakov s vynikajúcou odolnosťou proti poškriabaniu a oderu.

lonsdaleitová modifikácia nitridu bóru sa odlišuje od ostatných modifikácií ako jeden z najtvrdších známych materiálov. Vďaka svojim výnimočným vlastnostiam a potenciálu prekonať dokonca aj c-BN ako najtvrdší materiál na svete otvorili jeho jedinečné vlastnosti nové možnosti výskumu v oblasti vysoko výkonných keramických materiálov, ktoré môžu viesť k novým priemyselným aplikáciám; lonsdaleit však vzhľadom na svoju obmedzenú komerčnú dostupnosť zostáva v súčasnosti nevyužitý.

Aplikácie

Keramika z nitridu bóru sa vyznačuje tepelnou, chemickou a elektrickou odolnosťou proti opotrebovaniu a lomom, vďaka čomu je ideálna na mnohé aplikácie. Keďže sú ľahké, majú nízku dielektrickú konštantu a vysoko odolné vlastnosti, ktoré odolávajú vysokým teplotám - vďaka čomu sú skvelou voľbou na použitie vo výkonovej elektronike vyžadujúcej chladenie -, ako aj vďaka svojej pevnosti a odolnosti sa s obľubou používajú na výrobu rezných a brúsnych nástrojov na použitie v leteckom priemysle.

Šesťuholníkový nitrid bóru (h-BN) je jedným z najrozšírenejších objemových keramických materiálov. Táto kryštalická zlúčenina má podobnú kryštálovú štruktúru ako grafit, avšak hexagonálny nitrid bóru je výrazne tvrdší ako grafit, je biokompatibilný a zároveň odoláva vysokým teplotám, čo z neho robí vynikajúcu voľbu pre dentálne aplikácie.

Vďaka svojej výnimočnej tepelnej stabilite a chemickej inertnosti sa h-BN často používa ako antikorózny štít proti iným materiálom. H-BN dokáže zabrániť absorpcii vody z roztavených kovov, ako sú zliatiny hliníka, horčíka a zinku, ako aj z akejkoľvek trosky vznikajúcej počas taviacich procesov, čím poskytuje komplexnú ochranu komponentov vystavených takýmto prostrediam.

H-BN poskytuje keramike, ktorá prichádza do styku s týmito látkami, nekompromisnú ochranu pred sklom, soľami a väčšinou roztavených kovov - nehovoriac o chemických útokoch - bezkonkurenčnú ochranu. Okrem toho je odolný voči chemickým útokom, vďaka čomu je vhodný do drsných priemyselných prostredí.

Okrem žiaducich vlastností sa h-BN ľahko obrába. Komplexné geometrie s prísnymi toleranciami možno vytvoriť rýchlo bez použitia chladiacich alebo mazacích prostriedkov - to uľahčuje vytváranie dielov s vysokou presnosťou a opakovateľnosťou.

Tradičné keramické materiály, ako je oxid hlinitý alebo zirkón, sa môžu ťažko opracovávať do zložitých tvarov. Materiál H-BN má tú výhodu, že sa dá obrábať pri vyšších rýchlostiach ako tieto iné materiály, a preto je vhodnejší na vysoko výkonné aplikácie.

Výroba

Diely z nitridu bóru sa zvyčajne vytvárajú lisovaním materiálu za tepla pri vysokých teplotách a tlakoch, čím sa vytvárajú husté štruktúry s rovnomernou hustotou. Alternatívne sa diely môžu obrábať z pevných blokov tohto materiálu. Bez ohľadu na to, ktorá výrobná metóda sa použije, všetky komponenty z nitridu bóru sa musia pred nasadením do aplikácií najprv skontrolovať na vizuálne chyby, chemické zloženie a fyzikálne vlastnosti.

Keramický materiál z nitridu bóru je mimoriadne pružný obrábateľný keramický materiál, vysoko odolný voči korózii a iným drsným prostrediam. Okrem toho je vďaka svojej nereaktívnosti vhodný na aplikácie vyžadujúce vysokú teplotnú stabilitu; navyše nereaguje so sklom, soľami ani väčšinou kovov, takže je vhodný na použitie vo vákuu.

BN má množstvo aplikácií a možno ho nájsť v niekoľkých formách, od spekaného nitridu bóru pre vysokoteplotné výkony a abrazívne a rezné materiály odolné voči opotrebovaniu až po materiály odolné voči opotrebovaniu z kubického nitridu bóru a povlaky na lisovacie nástroje, použitie ako uvoľňovače pri procesoch tvárnenia kovov a ťahania drôtov, povlaky používané na lisovacích nástrojoch, uvoľňovače používané počas operácií tvárnenia kovov alebo ťahania drôtov, ako aj jeho vlastnosti odolnosti voči tepelným šokom a elektroizolačné vlastnosti, vďaka ktorým je vhodným materiálom pre vysoko výkonné elektronické komponenty vďaka jeho vlastnostiam odolnosti voči tepelným šokom a elektroizolačným vlastnostiam.

Kryštálová štruktúra hexagonálneho nitridu bóru sa podobá štruktúre grafitu a poskytuje mnoho rovnakých výkonnostných výhod. Nitrid hexagonálneho bóru, označovaný aj ako biely grafit, poskytuje vynikajúcu tepelnú stabilitu, elektrické vlastnosti a schopnosť odvádzať teplo, pričom je tvrdý a odolný voči oderu - vlastnosti, vďaka ktorým je užitočný v mnohých priemyselných aplikáciách.

Pyrolitický nitrid bóru (PBN) je veľmi čistý pevný nitrid bóru vyrábaný metódou chemického vylučovania z pár (CVD). Ako naznačuje jeho názov, PBN ponúka vynikajúce vysokoteplotné vlastnosti, ako aj mechanickú pevnosť a môže sa vyrábať do tenkých plátov, ktoré sa môžu používať v prúdových motoroch s Hallovým efektom, ako aj do vlastných tvarov určených na použitie v žiaruvzdorných a polovodičových aplikáciách.

Šesťuholníkový nitrid bóru možno obrábať s presnými toleranciami, čo z neho robí vynikajúci materiál pre aplikácie zahŕňajúce zložité geometrie. Tím spoločnosti Precision Ceramics má rozsiahle skúsenosti s prácou s týmto univerzálnym materiálom a môže vám pomôcť pri navrhovaní komponentov, ktoré spĺňajú všetky vaše požiadavky. Aby sme vám zaručili, že počas výroby dostanete len vysokokvalitné diely z nitridu bóru, naše testy kvality zahŕňajú testy röntgenovej difrakcie a infračervenej spektroskopie s Fourierovou transformáciou, ktoré overujú jeho čistotu, kryštálovú štruktúru a chemické zloženie.

Spracovanie

Charakteristické fyzikálne vlastnosti nitridu bóru z neho robia vynikajúci keramický materiál, ktorý je ideálny na použitie v mnohých priemyselných aplikáciách. Táto syntetická technická keramika sa môže pochváliť vynikajúcou chemickou stabilitou a mechanickou pevnosťou spolu s výnimočnými tepelnými vlastnosťami na všestranné použitie, od spekaných komponentov BN až po abrazíva a rezné materiály odolné voči opotrebovaniu z kubického nitridu bóru (cBN).

Nitrid bóru je ideálnym materiálom pre súčasti pecí, ako sú taviace krúžky, izolátory a dýzy, vďaka svojej dobrej mikrovlnnej priehľadnosti a odolnosti voči vlhkosti, vďaka čomu je vhodný na utesnenie povrchov v kontakte s tekutými kovmi alebo roztavenými troskami. Okrem toho je vďaka svojej vynikajúcej mikrovlnnej priehľadnosti a odolnosti voči vlhkosti vhodný na použitie ako žiaruvzdorné komponenty.

Vďaka nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti je BN veľmi stabilný v širokom rozsahu teplôt a nie je výrazne ovplyvnený náhlym zvýšením alebo znížením teploty. To mu umožňuje odolávať vysokým teplotám bez degradácie v náročných podmienkach, kde by iné materiály rýchlo praskali alebo sa rozkladali.

BN má extrémne nízku tepelnú hmotnosť, čo ďalej zlepšuje jeho tepelné vlastnosti. V kombinácii s nízkou tepelnou rozťažnosťou a odolnosťou voči oxidácii je BN vynikajúcou voľbou materiálu pre vysokoteplotné aplikácie; viac ako jeho niklové a kobaltové náprotivky!

BN ako prášok sa dá jednoducho obrábať štandardnými reznými nástrojmi z rýchloreznej ocele. Nástroje s karbidovou špičkou môžu byť vhodné pre náročnejšie triedy nitridu bóru (nitrid titánu alebo ZSBN), zatiaľ čo diamantové nástroje môžu byť vhodné pre veľmi tvrdé triedy (ZSBN).

Šesťuholníkový nitrid bóru (hBN) sa dá ľahko frézovať do tvaru suchým brúsením pomocou abrazív alebo vodných lúčov, vďaka čomu je vhodný na presné obrábanie zložitých tvarov. Okrem toho, na rozdiel od mnohých keramických materiálov, nitrid bóru vykazuje minimálnu tepelnú rozťažnosť, takže rezné rýchlosti počas frézovania zostávajú konštantné.

Spekaný nitrid bóru možno spevniť oxidmi a karbidmi, aby sa dosiahli lepšie vlastnosti. Jeden z takýchto materiálov, ZSBN - pozostávajúci z tvrdých častíc ZrO2 rovnomerne rozptýlených medzi mäkkými BN doštičkami v matrici z borosilikátového skla - má veľký úžitok z vystuženia oxidmi a karbidmi pre odolnosť voči mokru, vďaka čomu je vhodný pre prerušovacie krúžky na kontinuálne odlievanie, ako aj pre rozprašovacie dýzy na kovy vhodné pre taveniny ľahkých kovov.