Einführung

Pyrolytisches Bornitrid (PBN) und pyrolytischer Graphit (PG) stehen im Mittelpunkt der Funktionalität von Hochtemperaturanwendungen. Dies liegt daran, dass sie als die effektivsten feuerfeste Materialien für hohe Temperaturen. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über PBN und PG, ihre Unterschiede, ihre praktische Anwendung und wie rentabel das Geschäft sein kann, wenn Sie sich für diesen Bereich interessieren.

Unterschied zwischen pyrolytischem Bornitrid (PBN) und pyrolytischem Graphit (PG)

PBN/PG

Pyrolytisches Bornitrid ist ein hochwertiges Keramikmaterial, das durch chemische Gasphasenabscheidung hergestellt wird. Es wird manchmal auch als chemisch abgeschiedenes Bornitrid bezeichnet – häufiger als PBN. Pyrolytischer Graphit hingegen ist ein spezieller Graphit, der durch die Zersetzung von Kohlenwasserstoffgas bei extrem hohen Temperaturen in einem Vakuumofen hergestellt wird.

Aussehen, Stärke und andere Eigenschaften

PBN hat ein orangefarbenes oder elfenbeinfarbenes Aussehen. Die Dichte des Materials beträgt 2,15 g/cm³, und die Oberfläche ist sehr glatt und porenfrei. Die Verbindung ist geruchlos und hat eine glatte Struktur. Die Zugfestigkeit dieses feuerfesten Materials beträgt 153,84 N/mm², der Elastizitätsmodul 235.690 N/mm² und die Durchschlagfestigkeit beträgt 56 kV/mm bei Raumtemperatur. Dank seiner ausreichenden Thermoschockbeständigkeit reißt der Keramikverbundstoff bei Temperaturschwankungen nicht so leicht.

Darüber hinaus nimmt die Festigkeit von PBN mit steigender Temperatur zu, bis 2473 °K erreicht sind. Wenn die Temperatur auf 3273 °K steigt, zerfällt die pyrolytische Bornitridverbindung in Bor und Nitrid.

Abb. 1: Pyrolytisches Bornitrid (PBN)

PG hat ein schwarzes, festes Aussehen und kann in Form einer Scheibe, eines Blattes oder einer Platte vorliegen. Es hat eine Zugfestigkeit von 200 MPa. Seine Dichte liegt zwischen 1,30 und 2,265 g/cm³. Es hat außerdem eine senkrechte Wärmeleitfähigkeit von 80 W/m·K.

Darüber hinaus hält PG einer Wärmeausdehnung von bis zu 20 µm/m·°C stand. Sein senkrechter elektrischer Widerstand liegt zwischen 0,15 und 0,25 Ω·cm. Somit steigt seine Zugfestigkeit unter Druck, Biegung und Zug mit steigender Temperatur.

Abb. 2: Pyrolytischer Graphit (PG)

Anwendung von pyrolytischem Bornitrid (PBN) und pyrolytischem Graphit in Hochtemperaturumgebungen

Hochleistungselektronik

PBN besteht aus Nanokompositen mit keramischer Matrix und eignet sich daher gut zur elektrischen Isolierung. Dadurch kann es auch bei hohen Temperaturen ohne Qualitätsverlust funktionieren. Daher eignen sie sich ideal, um die Stabilität bei der Erzeugung extremer Wärmeenergie zu gewährleisten.

Andererseits dient PG in der Hochenergieelektronik als Wärmeverteiler. Es leitet die erzeugte Wärme elektrischer Komponenten effektiv ab und gewährleistet so eine dauerhafte Zuverlässigkeit und Funktionalität.

Halbleiterfertigung

PBN und PG spielen auch in der Halbleiterindustrie eine wichtige Rolle. Das Kristallwachstum in Halbleitern wird durch eine PBN-Tiegel aufgrund seiner Reinheit und der Fähigkeit, thermische Stabilität zu gewährleisten. Dadurch können elektronische Komponenten aufgrund der Abwesenheit von Verunreinigungen optimal funktionieren.

Die gleichmäßige Erwärmung im Waferherstellungsprozess von Halbleitern ist die Aufgabe von hochorientiertem pyrolytischem Graphit (HOPG). Diese Funktion gewährleistet den Prozess der Halbleiterherstellung.

Abb. 3: PBN-Tiegel

Kernreaktorkomponenten

Das feuerfeste Keramikmaterial von PBN und PG ermöglicht es ihnen, extremer Strahlung und Hitze standzuhalten. PG weist insbesondere eine hohe Stabilität auf und eignet sich daher gut für die Konstruktion von Reaktorkernen. Die thermisch isolierenden und chemischen Eigenschaften von PBN gewährleisten hingegen die Sicherheit und Effizienz von Reaktorkomponenten.

Luft- und Raumfahrttechnik

Die keramischen Verbundwerkstoffe aus pyrolytischem Bornitrid und hochgeordnetem pyrolytischem Graphit halten extrem hohen Temperaturen stand. Daher werden sie auch für die Konstruktion von Raumfahrzeugen verwendet. Sie sind die feuerfesten Auskleidungsmaterialien, die von Raumfahrtingenieuren in Raumfahrzeuge integriert werden, um einen reibungslosen Betrieb während des Fluges und beim Wiedereintritt zu gewährleisten.

Insbesondere besteht PG aus CMC-Verbundwerkstoffen, die seine Wärmeleitfähigkeit verstärken. Dadurch können sie als Hitzeschilde fungieren, um Wärme abzuleiten und empfindliche Raumfahrzeugkomponenten zu schützen.

PBN verfügt über feuerfeste und keramische Eigenschaften, die chemische Stabilität und Wärmeisolierung ermöglichen und die Komponenten des Raumfahrzeugs vor Korrosion und hohen Temperaturen schützen.

Medizin

PBN und PG sind Komponenten medizinischer Anwendungen, insbesondere für Hochtemperatur-Sterilisationsanwendungen. PBN wird speziell in diesen Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, um thermische Stabilität und Biokompatibilität zu gewährleisten. Diese thermische Stabilität ermöglicht die Herstellung medizinischer Implantate, die extremen Bedingungen standhalten, ohne zu beizen.

Mikrowellen- und HF-Anwendungen

Die thermische Stabilität und die isolierenden Eigenschaften von PBN ermöglichen den Einsatz als Fenster- und Substratkomponente in Mikrowellen. Bei der Nutzung von Mikrowellen bei hohen Temperaturen sorgt das keramische Gehäusematerial von PBN für Effizienz.

Pyrolytischer Graphit kann Wärme in HF-Geräten effizient ableiten und einen effizienten Betrieb gewährleisten. Dank des hochgeordneten pyrolytischen Graphits (HOPG) können HF-Geräte weitgehend optimal funktionieren.

Das lukrative Geschäft mit PGN und PG

Pyrolytisches Bornitrid (PBN) und pyrolytischer Graphit (PG) bieten enormes Innovationspotenzial in verschiedenen lukrativen Branchen. So verschafft Ihnen beispielsweise die Tätigkeit im PBN- und PG-Geschäft einen Wettbewerbsvorteil in der Elektroindustrie. Dies ist auf das steigende Interesse an PBN-PG-Verbundheizelementen zurückzuführen.

PBN-PG-Verbundheizelemente sind sehr langlebig. Durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) wird PG auf die PBN-Elemente aufgebracht, um langlebige Keramik für Halbleiter herzustellen. Diese Halbleiter sind Bestandteile von Mikrochips in Laptops, Mobiltelefonen, Robotern usw. Daher sind PBN-PG-Verbundheizelemente sehr gefragt.

Wenn Sie in dieses Geschäft einsteigen möchten, sind Ihnen hohe Gewinne und Wachstum sicher. PBN-PG-Verbundheizelemente bieten Ingenieuren, insbesondere Herstellern von Laptops, Mobiltelefonen, Tablets usw., effizientere Optionen und ermöglichen die Entwicklung von Produkten mit hoher Wärmeableitung.

Abb. 4: PBN-PG-Verbundheizelement

PBN eignet sich ideal als Produktkomponente für Bremsringe in Horizontalgießmaschinen. Benötigen Sie zusätzlich einen Isolator für einen Hochtemperaturofen, ist PBN die bessere Wahl. PBN dient auch als elektrischer Isolator für Vakuumsysteme.

Darüber hinaus wird hochorientierter pyrolytischer Graphit (HOPG) in der Röntgenspektrometrie eingesetzt – er ist eine dispersive Komponente in HOPG-Spektrometern. Hersteller in der Kunststoffindustrie nutzen PG zur Verstärkung von Kunststoffprodukten. Auch in der Automobilindustrie spielt es eine Rolle, indem es für ein gewisses Maß an Reibung zwischen zwei Komponenten sorgt.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Was ist der Hauptunterschied zwischen pyrolytischem Bornitrid (PBN) und pyrolytischem Graphit (PG)?

Der Hauptunterschied zwischen PBN und PG liegt in ihrer Zusammensetzung. PG hat eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als PBN – PG ist ein elektrischer Leiter, während PBN ein Isolator ist. Aufgrund dieser Eigenschaften ist PBN hinsichtlich des hohen Wärmewiderstands effizienter.

Was ist ein feuerfestes Material?

Feuerfestes Material ist einfach ein Wärmeisolator. Es handelt sich um Materialien mit Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, extrem hohen Temperaturen standzuhalten. Sie sind außerdem sehr widerstandsfähig gegen chemische Angriffe und Stöße.

Abschluss

Pyrolytisches Bornitrid und pyrolytischer Graphit erfreuen sich in der Elektronik- und Luftfahrtindustrie großer Beliebtheit. Insbesondere PBN sorgt für thermische Beständigkeit und schützt Komponenten von Hochtemperaturgeräten vor Schäden durch hohe Temperaturen. PG leitet Wärme in elektrischen Bauteilen ab.