Keramika iz borovega nitrida in njene številne aplikacije

Obdelovalna keramika iz borovega nitrida je idealna izbira materiala, kadar iščete električno izolacijo in toplotno prevodnost ter izjemno trdnost in odpornost proti obrabi, zaradi česar je primerna tudi za rezalna orodja.

Šestkotni borov nitrid ima čebuli podobno strukturo s plastmi, ki imajo različne kote zasuka v ravnini, zaradi česar je ta material eden najtrših na voljo.

Značilnosti

Keramika iz borovega nitrida je trd, močan, proti obrabi in koroziji odporen material z izjemno odpornostjo proti obrabi in koroziji. Keramika iz borovega nitrida kot trpežen material prenese zelo visoke temperature in izpostavljenost sevanju, je idealen material za uporabo v jedrskih reaktorjih in vesoljskih aplikacijah. Zaradi svojih izjemnih mazalnih lastnosti so primerni tudi za uporabo v proizvodnji, kjer njihova nizka stopnja trenja pripomore k bolj gladkemu rezanju skozi kovine med rezanjem ali brušenjem drugih kovin.

Šestkotni borov nitrid (h-BN) je bistvena inženirska keramika z analogno strukturo, podobno šestkotnim plastem grafita, v kateri so atomi bora in dušika povezani z močnimi kovalentnimi vezmi, ki tvorijo šestkotne plasti, ki vsebujejo šestkotne strukture, razporejene šestkotno na šestkotnih plasteh, kar ustvarja edinstvene lastnosti in značilnosti, ki jih ni mogoče najti med drugo inženirsko keramiko.

H-BN dobro prenaša ekstremne udarce in obremenitve, zato je idealen za uporabo kot material za lončke v metalurgiji aluminija, redkih zemelj, keramike in drugih kovin. Poleg tega lahko prenese visok tlak in temperaturo, ne da bi podlegel koroziji ogljika, hkrati pa ne reagira s tekočo kovino. Poleg tega je zaradi tega materiala h-BN odličen kandidat za izdelavo visokozmogljivih premazov, ki se uporabljajo za oblaganje ali premazovanje industrijske opreme.

h-BN je mogoče enostavno obdelovati s standardnimi rezalnimi orodji iz hitroreznega jekla in po potrebi s karbidnimi ali diamantnimi orodji. Ker omogoča relativno enostavno doseganje zapletenih oblik in podrobnosti, je h-BN idealen za uporabo, ki je z drugimi vrstami keramičnih materialov sicer nemogoča.

Kubični borov nitrid (c-BN) nastane s stiskanjem heksagonalnega h-BN pod visokim pritiskom in pri visoki temperaturi, podobno kot sintetični diamant nastane iz grafita. Za razliko od diamanta pa ima c-BN nizka tališča in abrazivnost, zaradi česar je primeren za izdelavo trdih prevlek z odlično odpornostjo proti praskam in obrabi.

lonsdaleitska modifikacija borovega nitrida izstopa od drugih modifikacij kot eden najtrših znanih materialov. Zaradi svojih izjemnih lastnosti in možnosti, da bi presegel celo c-BN kot najtrši material na svetu, so njegove edinstvene lastnosti odprle nove možnosti raziskav na področju visoko zmogljivih keramičnih materialov, ki lahko vodijo do novih industrijskih aplikacij; vendar je lonsdaleit zaradi svoje omejene komercialne dostopnosti trenutno še vedno premalo izkoriščen.

Aplikacije

Keramika iz borovega nitrida se ponaša s toplotno, kemično in električno odpornostjo proti obrabi in lomom, zato je idealna za številne aplikacije. Ker so lahki, imajo nizko dielektrično konstanto in zelo trpežne lastnosti, ki vzdržijo visoke temperature - zaradi česar so odlična izbira za uporabo v močnostni elektroniki, ki zahteva hlajenje - ter zaradi svoje trdnosti in vzdržljivosti se pogosto uporabljajo za izdelavo rezalnih in brusilnih orodij za uporabo v letalski in vesoljski industriji.

Šestkotni borov nitrid (h-BN) je eden od najbolj razširjenih keramičnih materialov v razsutem stanju. Ta kristalna spojina ima podobno kristalno strukturo kot grafit, vendar je heksagonalni borov nitrid bistveno trši od grafita, je biokompatibilen in odporen na visoke temperature, zato je odlična izbira za uporabo v zobozdravstvu.

Zaradi izjemne toplotne stabilnosti in kemične inertnosti se h-BN pogosto uporablja kot protikorozijska zaščita pred drugimi materiali. H-BN lahko prepreči vpijanje vode iz staljenih kovin, kot so aluminijeve, magnezijeve in cinkove zlitine, pa tudi iz žlindre, ki nastaja pri taljenju, kar zagotavlja celovito zaščito komponent, ki so izpostavljene takšnim okoljem.

H-BN zagotavlja keramiki, ki prihaja v stik s temi snovmi, brezkompromisno zaščito pred steklom, solmi in večino staljenih kovin - da ne omenjamo kemičnih napadov - neprekosljivo zaščito. Poleg tega je odporen proti kemičnim napadom, zato je primeren za zahtevna industrijska okolja.

Poleg zaželenih lastnosti je h-BN enostaven za obdelavo. Zapletene geometrije z majhnimi tolerancami je mogoče ustvariti hitro, brez uporabe hladil ali maziv, kar olajša izdelavo delov z visoko natančnostjo in ponovljivostjo.

Tradicionalne keramične materiale, kot sta aluminijev oksid ali cirkonij, je težko obdelati v kompleksne oblike. Prednost materiala H-BN je, da ga je mogoče obdelovati pri višjih hitrostih kot te druge materiale in je zato primernejši za visoko zmogljive aplikacije.

Proizvodnja

Deli iz borovega nitrida so običajno izdelani z vročim stiskanjem materiala pri visokih temperaturah in pritiskih, pri čemer nastanejo goste strukture z enakomerno gostoto. Druga možnost je strojna obdelava delov iz masivnih blokov tega materiala. Ne glede na to, katera metoda izdelave je uporabljena, je treba vse sestavne dele iz borovega nitrida pred uporabo najprej preveriti glede vidnih napak, kemične sestave in fizikalnih lastnosti.

Keramični material iz borovega nitrida je izjemno prožen keramični material, ki ga je mogoče obdelovati in je zelo odporen na korozijo in druga težka okolja. Poleg tega je zaradi svoje nereaktivnosti primeren za aplikacije, ki zahtevajo visoko temperaturno stabilnost; poleg tega ne reagira s steklom, solmi ali večino kovin, zato je primeren za uporabo v vakuumu.

BN se uporablja v številnih oblikah, od sintranega borovega nitrida za visokotemperaturno delovanje in abrazivov ter rezalnih materialov, odpornih proti obrabi, do materialov in premazov iz kubičnega borovega nitrida, odpornih proti obrabi, za ekstrudirna orodja, za uporabo kot sredstva za ločevanje pri preoblikovanju kovin in vlečenju žice, premaze za ekstrudirna orodja, sredstva za ločevanje med preoblikovanjem kovin ali vlečenjem žice ter lastnosti odpornosti na toplotne udarce in električne izolacije, zaradi katerih je primeren material za visoko zmogljive elektronske komponente zaradi lastnosti odpornosti na toplotne udarce in lastnosti električne izolacije.

Kristalna struktura heksagonalnega borovega nitrida je podobna kristalni strukturi grafita, kar zagotavlja številne enake prednosti. Šestkotni borov nitrid, imenovan tudi beli grafit, zagotavlja odlično toplotno stabilnost, električne lastnosti in sposobnost odvajanja toplote, hkrati pa je trd in odporen proti obrabi - lastnosti, zaradi katerih je uporaben v številnih industrijskih aplikacijah.

Pirolitični borov nitrid (PBN) je zelo čist trdni borov nitrid, ki se proizvaja s kemičnim nanašanjem iz pare (CVD). Kot pove že njegovo ime, PBN zagotavlja vrhunsko zmogljivost pri visokih temperaturah in mehansko trdnost ter ga je mogoče izdelati v tanke plošče, ki se lahko uporabljajo v pogonskih motorjih s Hallovim učinkom, ter v oblike po meri, namenjene uporabi v ognjevzdržnih in polprevodniških aplikacijah.

Šestkotni borov nitrid je mogoče obdelovati z natančnimi tolerancami, zato je odličen material za aplikacije s kompleksno geometrijo. Ekipa Precision Ceramics ima bogate izkušnje z delom s tem vsestranskim materialom in vam lahko pomaga pri oblikovanju komponent, ki izpolnjujejo vse vaše zahteve. Da bi zagotovili, da med proizvodnjo prejmete le visokokakovostne dele iz borovega nitrida, naši testi kakovosti vključujejo teste rentgenske difrakcije in infrardeče spektroskopije s Fourierjevo transformacijo, ki preverjajo njegovo čistost, kristalno strukturo oziroma kemično sestavo.

Obdelava

Borov nitrid je zaradi svojih značilnih fizikalnih lastnosti izjemen keramični material, ki je idealen za uporabo v številnih industrijskih aplikacijah. Ta sintetična tehnična keramika se ponaša z izjemno kemijsko stabilnostjo in mehansko trdnostjo ter izjemnimi toplotnimi lastnostmi za vsestransko uporabo, od sintranih komponent BN do abrazivov in rezalnih materialov iz kubičnega borovega nitrida (cBN), odpornih proti obrabi.

Borov nitrid je idealen material za sestavne dele peči, kot so talilni obročki, izolatorji in šobe, saj je zaradi svoje dobre mikrovalovne preglednosti in odpornosti na mokro primeren za tesnjenje površin, ki so v stiku s tekočimi kovinami ali staljenimi žlindrami. Poleg tega je zaradi svoje odlične mikrovalovne prozornosti in odpornosti na mokro primeren za uporabo kot ognjevzdržne komponente.

Zaradi nizkega koeficienta toplotnega raztezanja je BN zelo stabilen v širokem temperaturnem območju in nanj ne vplivajo nenadna povečanja in zmanjšanja temperature. Tako lahko vzdrži visoke temperature, ne da bi se razgradil v zahtevnih okoljih, kjer bi drugi materiali hitro razpokali ali razpadli.

BN ima izredno majhno toplotno maso, kar še izboljša njegovo toplotno učinkovitost. V kombinaciji z nizkim toplotnim raztezkom in odpornostjo na oksidacijo je BN odličen material za visokotemperaturne aplikacije; še bolj kot njegovi nikljevi in kobaltovi kolegi!

Kot prah je BN enostaven za obdelavo s standardnimi rezalnimi orodji iz jekla visoke hitrosti. Orodja s karbidno konico so lahko primerna za zahtevnejše vrste borovega nitrida (titanov nitrid ali ZSBN), medtem ko so diamantna orodja primerna za zelo trde vrste (ZSBN).

Šestkotni borov nitrid (hBN) je mogoče enostavno rezkati v oblike s suhim brušenjem z abrazivi ali vodnimi curki, zato je primeren za natančno strojno obdelavo kompleksnih oblik. Poleg tega ima borov nitrid v nasprotju s številnimi keramičnimi materiali minimalno toplotno raztezanje, zato hitrosti rezanja med rezkanjem ostanejo enake.

Sintran borov nitrid se lahko okrepi z oksidi in karbidi, da se dosežejo boljše lastnosti. En tak material, ZSBN, sestavljen iz trdih delcev ZrO2, ki so enakomerno razpršeni med mehkimi ploščicami BN v matrici iz borosilikatnega stekla, ima veliko koristi od ojačitve z oksidi in karbidi za odpornost na mokro, zato je primeren za ločevalne obroče za kontinuirano litje in šobe za razprševanje kovin, primerne za taline lahkih kovin.