نتريد البورون cbn هي مادة سيراميك متطورة معروفة بخصائصها الفائقة. كيمياء BN لديه البورون والنيتروجين روابط تُؤدي إلى هياكل مختلفة. من بين هياكل BN، أحد هذه الهياكل البارزة والمثيرة للاهتمام هو نتريد البورون المكعب cbnدعونا نحاول فهم c-bn وجوانبه النسبية.
جدول المحتويات
- ما هو نتريد البورون المكعب؟
- بنية نتريد البورون المكعب
- خصائص نتريد البورون المكعب
- نتريد البورون المكعب مقابل الماس
- استخدامات نتريد البورون المكعب
- عجلات فائقة الكشط - أو عجلة الماس c-BN
نتريد البورون:نظرة عامة
نتريد البورون يُشار إليه بالصيغة الكيميائية "BN". وكما ذكرنا سابقًا، نتريد البورون توجد بأشكال مختلفة. عمومًا، موقع البورون والنيتروجين في الشبكة هو ما يُنشئ أشكالًا مختلفة هياكل نتريد البورون. بعضها مشهور جدًا مثل غير المتبلور، السداسي، المكعب، والورتزيت.
عندما يتعلق الأمر بالوظائف، سيراميك نتريد البورون قابلة للتشكيل بسهولة. بمجرد تشكيلها، لا تتطلب أي معالجة حرارية أو معالجة لتثبيتها. بالإضافة إلى ذلك، نتريد البورون لديه سعة حرارية أعلى وهو أيضًا عازل كهربائي جيد.
في الوقت الحالي، دعونا نحاول فهم مشتقات BN، نتريد البورون السداسي (h-BN) واخر نتريد البورون المكعب (c-BN)
نتريد البورون السداسي (h-BN)
بنية نتريد البورون السداسي
نتريد البورون السداسي هو مكون في العديد من المنتجات الصناعية مثل مستحضرات التجميل. يتميز HBN بهيكل يتحكم فيه الروابط التساهمية. ومع ذلك، فإن الطبقات في HBN تخضع قوات فالس المتجولة. إن الشكل الهندسي للوحة HBN هو السبب الذي يجعلها مثالية للتزييت.
نتريد البورون السداسي يحتوي على عناصر من البورون والنيتروجين مثبتة في شبكته. يتكون هذا الترتيب من ثلاث ذرات نيتروجين متصلة بذرة بورون. ويعود التشابه في بنية قرص العسل إلى تشابهه مع الكربون. بالإضافة إلى ذلك، تُعزى خصائص القوة الميكانيكية والكيميائية والعزل الكهربائي إلى الروابط المثلثية المستوية.
خصائص نتريد البورون السداسي
نتريد البورون السداسي يُصنع عادةً من خلال نترجة أكسيد البوريك في درجات حرارة مرتفعة. ولأن ثباته أقرب إلى الجرافين، نتريد البورون السداسي غالبًا ما يُشاد به باعتباره السيراميك التقني الأكثر تقدمًا. بعض خصائصه المتفوقة نتريد البورون السداسي تتميز بموصليتها الحرارية ومعامل احتكاكها المنخفض.
تطبيقات نتريد البورون السداسي
- يتم استخدام HBN في الأجهزة الإلكترونية النانوية كبديل لركيزة الجرافين
- نتريد البورون السداسي في شكله الرقيق يتم استخدامه كطلاءات مقاومة للتآكل
- يُستخدم نتريد الهيدروجين (HBN) بكثرة في تصنيع مواد الاستشعار. كما يُستخدم في نفق الإلكترونات نظرًا لانخفاض قيمة ثابت العزل الكهربائي فيه.
نتريد البورون المكعب
ما هو نتريد البورون المكعب؟
c-BN هو مشتق من نتريد البورون السداسي (h-BN) يتم إنتاجها تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين.
أكبر تخصص في c-BN أنها تحتل المرتبة الثانية بين أصعب المواد في العالم. قوتها الميكانيكية نتريد البورون المكعب شائع ويساوي الماس. وهو من أكثر أشكال البورون شيوعًا. النتريد.
هيكل نتريد البورون المكعب
الهيكل الأساسي ل نتريد البورون المكعب بلوري. كثافته حوالي ٣.٥ غ/سم٣، ولونه أصفر باهت أو شفاف. يتبع C-BN ترتيبًا متبادلًا لذرات البورون والنيتروجين. هنا، البورون والنيتروجين وتتبع الذرات الرابطة التساهمية التي تعد السبب الأساسي في صلابتها واستقرارها.
صيغة نتريد البورون المكعب يُشار إليه بـ c-BN. يوجد نوعان شائعان من c-Bn متوفران في السوق حاليًا. الأول كثيف نتريد البورون المكعب والمكعب المتعدد البلورات الآخر من نترات البورون.
خصائص نتريد البورون المكعب
سي-بي إن هي شبه موصل ممتاز، فجوات نطاقها حساسة لتغيرات الضغط المطبق. هذه التغيرات في فجوة النطاق تساعدها على التميز كعوازل كهربائية. نتريد البورون المكعب عادةً ما تكون خاملة، ولها قيمة منخفضة لثابت العزل الكهربائي. موصليتها الحرارية حوالي ١٣٠٠ كيلو واط/متر كلفن.
عندما يتعلق الأمر بالتفاعلية، c-BN لا يزال غير مستجيب حتى للمواد الحديدية. النطاق البصري الذي يتعامل معه نتريد البورون المكعب يتراوح من الأشعة فوق البنفسجية إلى الطيف المرئي.
نتريد البورون المكعب مقابل الماس
على الرغم من أنها ليست أصعب من الماس، نتريد البورون المكعب لها مكانتها الخاصة عند مقارنتها بالماس. صلابة نتريد البورون المكعب تبلغ صلابة الماس حوالي 4500 كجم/مم2، في حين تبلغ صلابة الماس حوالي 600 كجم/مم2. كما أن قيمة معامل المرونة لكل من يونغ والبلوك تقع أيضًا في نطاق مماثل من 800 – 1000 و370 – 450.
علاوة على ذلك، عندما يتعلق الأمر بالهيكل، مثل الماس، c-BN يحتوي على ذرتين أساسيتين مختلفتين. يُعزى تشابه الماس وc-BN عمومًا إلى بنيتهما المتشابهة.
استخدامات نتريد البورون المكعب
مادة أداة القطع CBN
نتريد البورون المكعب يُظهر كلٌّ من معامل يونغ ومعامل الكتلة أكبر من كربيد البورون وكربيد السيليكون. وهذا السبب تحديدًا يُسهم بقوة في صلابة نتريد البورون المكعب. هذه الصلابة تجعله مناسبًا كمواد كاشطة ويساعده على العمل كـ مادة أداة القطع CBNبشكل عام، يتم استخدام c-Bn الكثيف لتطبيقات القطع والنوع المسامي لمتطلبات الطحن.
الطبيعة الخاملة ل نتريد البورون المكعب أيضا يساعدها على العمل كمواد قطع وتشكيل. على عكس الماس، لا يتفاعل مع الحديد. مع ذلك، يتطلب استخدام c-Bn التقليدي معالجة دقيقة لاستخدامه في عمليات القطع. ويتم ذلك عادةً أثناء تحويل h-Bn إلى c-Bn أثناء التلبيد.
CBN كعوازل كهربائية
بصرف النظر عن الصلابة نتريد البورون المكعب تتميز أيضًا بتفوقها في العوازل الكهربائية، ويعود ذلك إلى اتساع فجوة نطاقها.
CBN في تطبيقات أشباه الموصلات
من خلال طلاء الألومنيوم والمعادن من المجموعة 8، سي-بي إن أصبحت وظيفة التحول إلى حوض شائعة في الصناعة الإلكترونية. سي-بي إن يتم استخدامه كمشتت حراري في أجهزة الليزر والأجهزة الإلكترونية الدقيقة ومصابيح LED.
نتريد البورون المكعب يُضيف هذا أيضًا قيمةً أثناء تصنيع أشباه الموصلات للحصول على نوعي p وN عن طريق التنشيط المناسب. المواد الشائعة المستخدمة في التنشيط هي السيليكون أو البريليوم. تعمل أشباه الموصلات هذه في درجات حرارة عالية وتُستخدم في مستشعرات الأشعة فوق البنفسجية.
عجلات طحن c-BN
اختراع عجلات طحن c-BN استحقت التصنيع الدقيق بسبب الكفاءة المتزايدة. ساهمت العجلات المصنوعة من c-BN في الصناعات مثل صناعة الطيران والآلات وإنتاج الأدوات والسيارات. عجلات طحن c-BN كما أنها تتميز بصلابة عالية وأداء ممتاز مقارنةً بـ SiC والألومينا. كما أنها تضمن سلامة هيكلها في درجات الحرارة العالية، ولا تتعرض للتدهور.
عجلات c-BN تتحمل درجات الحرارة العالية وتتحمل كمية الحرارة المتولدة أثناء العملية. كما أن مقاومة التآكل والتلف مفيدة اقتصاديًا عند استخدام عجلات الطحن c-BN. توفر عجلات الطحن c-BN أداءً ممتازًا يُحسّن تشطيب السطح ويمنع هدر قطعة العمل. كما يضمن تقصير مدة الدورة، إذ تُنجز المهام بسرعة ودقة.
عجلات فائقة الكشط - أو عجلة الماس c-BN
تختلف عجلات الكشط الفائقة عن عجلات السيليكون والألومينا التقليدية. فهي مصنوعة من مزيج من الكربون-البورون والماس. توفر عجلة الكشط الفائقة توصيلًا حراريًا أفضل، مما يحد من ارتفاع درجة حرارة قطعة العمل. عجلة الماس c-Bn كما تقدم أيضًا دقة عالية في القطع مما يساهم في إطالة عمرها الافتراضي.
خاتمة
نتريد البورون المكعب تُعدّ هذه المواد مرغوبة في العلوم الحديثة وتصنيع المواد. فهي تُنافس موادًا مثل الماس. وتتميز بخصائص مثل الصلابة والمتانة والعزل الكهربائي. ومن عوامل تميزها الأخرى: فجوة النطاق العريض، والطبيعة الخاملة، وانخفاض ثابت العزل الكهربائي، والخصائص البصرية.