مقدمة
لقد اكتسب نتريد البورون الحراري (PBN) والجرافيت الحراري (PG) أهميةً بالغةً عند التعامل مع وظائف التطبيقات عالية الحرارة. ويرجع ذلك إلى كفاءتهما العالية. المواد المقاومة للحرارةفي هذه المقالة، سوف تتعلم المزيد عن PBN وPG، والاختلافات بينهما، وتطبيقاتهما في العالم الحقيقي، ومدى ربحية العمل في حالة كنت تتطلع إلى الاستثمار.
الفرق بين نتريد البورون الحراري (PBN) والجرافيت الحراري (PG)
نتريد البورون المُحلل حراريًا هو مادة سيراميكية عالية النقاء، تُنتج بالترسيب الكيميائي للبخار. عديم الرائحة، وله بنية بلورية سداسية الشكل، مما يُفسر الخلط بينه وبين الجرافيت. يُعرف تجاريًا باسم PBN. يُعد نتريد البورون المُحلل حراريًا أحد أقوى وأنقى أشكال نتريد البورون (بدرجة نقاء حوالي 99.9%). ويرجع ذلك إلى بنيته المتباينة الخواص المتراصة والحرارة الشديدة التي يتعرض لها أثناء إنتاجه.
الجرافيت التحللي هو نوع خاص من الجرافيت يتم إنتاجه عن طريق تحلل غاز الهيدروكربون في درجات حرارة عالية للغاية في فرن التفريغ.
خصائص نتريد البورون المتحلل حراريًا والجرافيت المتحلل حراريًا
يتميز PBN بمظهر برتقالي أو أبيض في الغالب، وكثافته 2.15 غ/سم3. سطحه أملس وخالٍ من المسام. تبلغ قوة شد PBN 153.84 نيوتن/مم2، ومعامل مرونته 235690 نيوتن/مم2. كما يتميز بقوة عزل كهربائية تبلغ 56 كيلو فولت/مم2، ومقاومة حرارية عالية جدًا، مما يجعله قادرًا على تحمل الإجهاد الميكانيكي.
تزداد قوة نيتريد البورون (PBN) مع ارتفاع درجة الحرارة حتى تصل إلى 2473 درجة كلفن. عند ارتفاع درجة الحرارة إلى 3273 درجة كلفن، يتفكك مركب نيتريد البورون الحراري إلى بورون ونيتريد. يتميز نيتريد البورون الحراري بمعامل تمدد منخفض (2.1 × 10-6 درجة مئوية)، مما يجعله يحافظ على شكله الثابت حتى في درجات الحرارة والضغط العاليين.
علاوة على ذلك، فإن خموله الكيميائي يعني أنه لا يصدأ بسهولة. لماذا؟ إنه قادر على مقاومة المواد الكيميائية والأحماض بشكل كافٍ.
الشكل 1: نتريد البورون التحللي (PBN)
PG مادة صلبة سوداء اللون، توجد غالبًا على شكل أقراص أو صفائح أو ألواح. تبلغ قوة شدها القصوى 200 ميجا باسكال، وتتراوح كثافتها بين 1.30 و2.265 غ/سم3. كما أن موصليتها الحرارية العمودية تبلغ 80 واط/م·كلفن.
بالإضافة إلى ذلك، يتحمل البولي بروبيلين جليكول تمددًا حراريًا يصل إلى 20 ميكرومتر/متر·درجة مئوية. وتتراوح مقاومته الكهربائية العمودية بين 0.15 و0.25 أوم·سم. وبالتالي، تزداد قوته القصوى تحت الضغط والانحناء والشد مع ارتفاع درجة الحرارة.
الشكل 2: الجرافيت التحللي الحراري (PG)
تطبيقات نتريد البورون المتحلل حراريًا (PBN) والجرافيت المتحلل حراريًا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية
إلكترونيات عالية الطاقة
يتكون PBN من مركبات نانوية ذات مصفوفة سيراميكية، مما يجعله مثاليًا للعزل الكهربائي، ويضمن استقراره وكفاءته في درجات الحرارة العالية. كما يعني ذلك أن PBN قادر على مساعدتك في إنتاج رقائق عالية المتانة لأي جهاز إلكتروني قوي يتطلب درجات حرارة عالية.
يُعد الجرافيت المُحلل حراريًا أكثر فعاليةً في تبديد الحرارة في الإلكترونيات عالية الطاقة التي نراها اليوم. فهو يُطيل عمر أجهزتك وأجهزتك الإلكترونية دون ارتفاع درجة حرارتها. كما يُمكن لشركة PBN مساعدتك في تصنيع شاشات OLED ومصابيح LED للإلكترونيات.
تصنيع أشباه الموصلات
يلعب PBN وPG أيضًا دورًا هامًا في صناعة أشباه الموصلات. يتم تعزيز نمو البلورات وتبديد الحرارة بكفاءة في أشباه الموصلات باستخدام بوتقة PBN بفضل خصائصه النقية وقدرته على ضمان الاستقرار الحراري، يُمكّن هذا المكونات الإلكترونية من العمل بكفاءة عالية بفضل خلوها من الشوائب.
التسخين المنتظم في عملية تصنيع رقائق أشباه الموصلات هو وظيفة الجرافيت التحللي الحراري عالي التوجيه (HOPG). هذه الوظيفة هي التي تضمن عملية تصنيع أشباه الموصلات. 
الشكل 3: بوتقة PBN
مكونات المفاعل النووي
تُمكّن المادة الخزفية المقاومة للحرارة في PBN وPG من الصمود في وجه الإشعاع والحرارة الشديدة. يتميز PG بشكل خاص بمستوى عالٍ من الاستقرار، مما يجعله مادة مناسبة لتصميم أنوية المفاعلات. في المقابل، تضمن خصائص العزل الحراري والاستقرار الكيميائي في PBN سلامة وكفاءة مكونات المفاعل.
هندسة الطيران والفضاء
تستخدم البطانة المقاومة للحرارة للآلات الفضائية والطائرات والطائرات النفاثة مواد نتريد البورون التحللية لأنها تميل إلى تسهيل العمل السلس أثناء الطيران والعودة.
على وجه الخصوص، يتكون PG من مركبات cmc التي تعزز قدرتها على التوصيل الحراري مما يجعلها بمثابة درع حراري جيد لمكونات المركبات الفضائية الحساسة.
الدواء
تستخدم معظم المعدات المستخدمة في التعقيم مكونات مصنوعة من PBN وPG نظرًا لثباتها الحراري وتوافقها الحيوي. يسمح هذا الثبات الحراري بإنتاج غرسات طبية تتحمل الظروف القاسية دون أن تكون مادةً مُثبّتة.
تطبيقات الميكروويف والترددات الراديوية
بفضل ثباته الحراري وخصائصه العازلة، يُمكّنه الجرافيت عالي الترتيب (PBN) من العمل كمكونات رئيسية للنوافذ والركائز في أفران الميكروويف. كما يُمكن للجرافيت عالي الترتيب (HOPG) تبديد الحرارة بكفاءة في أجهزة الترددات الراديوية (RF) وجعلها تعمل بمستوى مثالي.
الأعمال المربحة لشركة PGN وPG
يتمتع نتريد البورون المُحلل حراريًا (PBN) والجرافيت المُحلل حراريًا (PG) بإمكانيات هائلة تُسهم في ابتكارات رئيسية في العديد من الصناعات المربحة. على سبيل المثال، يمنحك العمل في مجال نتريد البورون المُحلل حراريًا (PBN) والجرافيت المُحلل حراريًا (PG) أفضلية في قطاع الصناعات الكهربائية. ويعود ذلك إلى تزايد الإقبال على عناصر التسخين المُركبة من نتريد البورون المُحلل حراريًا (PBN-PG).
عناصر التسخين المركبة من PBN-PG متينة للغاية. تُستخدم تقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) لوضع PG على عناصر PBN لإنتاج سيراميك متين يُستخدم في أشباه الموصلات. تُستخدم هذه الأشباه الموصلات في الرقائق الدقيقة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والروبوتات، وغيرها. هذا يعني أن عناصر التسخين المركبة من PBN-PG مطلوبة بشدة.
إذا كنت ترغب في خوض غمار هذا المجال، فأنت على يقين من تحقيق ربح ونمو كبيرين. تُقدم عناصر التسخين المركبة من PBN-PG خيارات أكثر كفاءة للمهندسين، وخاصةً مُصنّعي أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية، وغيرها، مما يُتيح لهم ابتكار منتجات تُبدّد الحرارة بسهولة.
الشكل 4: عنصر التسخين المركب PBN-PG
يُعدّ PBN مُكوّنًا مثاليًا لحلقات الكسر لآلات الصب الأفقي. إذا كنتَ بحاجة أيضًا إلى عازل لفرن عالي الحرارة أو نظام تفريغ، فمن الأفضل استخدام PBN.
علاوة على ذلك، يُستخدم الجرافيت الحراري عالي التوجه (HOPG) في مطيافية الأشعة السينية كمكون تشتيت. يستخدمه مصنعو البلاستيك لتقوية المنتجات البلاستيكية. كما يلعب PBN دورًا رئيسيًا في صناعة السيارات نظرًا لمقاومته الفعالة للتآكل، إذ يُساعد على إطالة عمر قطع غيار السيارات، أو حتى المحركات، من خلال تقليل التآكل والتلف الناتج عن الاحتكاك.
الأسئلة الشائعة
ما هو الفرق الرئيسي بين نتريد البورون الحراري (PBN) والجرافيت الحراري (PG)؟
يكمن الفرق الرئيسي بين PBN وPG في تركيبهما. يتميز PG بموصلية حرارية أعلى بكثير من PBN، فهو موصل كهربائي بينما PBN عازل. وبفضل هذه الخصائص، يتميز PBN بكفاءة أعلى من حيث المقاومة الحرارية العالية.
ما هي المادة المقاومة للحرارة؟
المواد المقاومة للحرارة هي ببساطة عازل حراري. وهي مواد ذات خصائص تُمكّنها من تحمّل درجات حرارة عالية جدًا. كما أنها شديدة المقاومة للصدمات والهجمات الكيميائية.
خاتمة
يحقق نتريد البورون الحراري والجرافيت الحراري تقدمًا هائلًا في صناعات الإلكترونيات والطيران. ويضمن نتريد البورون الحراري (PBN) على وجه الخصوص مقاومة حرارية، ويحمي مكونات الأجهزة عالية الحرارة من التلف الناتج عنها. بينما يُبدّد الجرافيت الحراري (PG) الحرارة في المكونات الكهربائية.