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Pyrolytisches Bornitrid (PBN) und pyrolytischer Graphit (PG): Einsatz in Hochtemperaturanwendungen

Veröffentlichungsdatum: 2025-02-18 16:46:09

Einführung

Pyrolytic Boron Nitride (PBN) and Pyrolytic Graphite (PG) have taken center stage when dealing with the functionality of high-temperature applications. This is because they are very efficient feuerfeste Materialien.  In this article, you will learn about PBN, and PG, their differences, real-world applications and how lucrative the business is in case you’re looking to invest.


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

Pyrolytic boron nitride is a high-purity ceramic material produced through chemical vapor deposition. It is odorless and has a crystal structure that is hexagonal which makes people easily mistake it for Graphite. It goes by the trade name, PBN. Pyrolytic Boron Nitride is one of the strongest and purest forms of boron nitride (about 99.9% purity). The reason for this is because of the closely packed anisotropic structure and the intense heat it undergoes while being produced.

Pyrolytic graphite is a special graphite produced by decomposing hydrocarbon gas at extremely high temperatures in a vacuum furnace.


Characteristics of Pyrolytic Boron Nitride And Pyrolytic Graphite

PBN mostly has an orange or whitish appearance with a density of 2.15 g/cm3.   The surface is smooth and without pores. The tensile strength of PBN is an impressive  153.84 N/mm2 and its elastic modulus is 235690 N/mm2. It has a dielectric strength of 56k V/mm and a very high thermal shock resistance which makes it able to withstand mechanical stress.

PBN’s strength increases with a rise in temperature until it reaches 2473o K. When the temperature rises to 3273o K, the pyrolytic boron nitride compound disintegrates into boron and nitride. Pyrolytic boron nitride has a low coefficient of expansion (2.1 x 10-6°/C) which makes it maintain a stable shape even under extreme temperatures and pressure.

Furthermore, the fact that it is chemically inert means it doesn’t get rust easily. Why? It’s sufficiently able to resist attacks from chemicals or acids.

Abb. 1: Pyrolytisches Bornitrid (PBN)

PG is a black solid that occurs mostly in the form of a disc, sheet, or plate. It has an ultimate tensile strength of 200 MPa. Its density falls between 1.30 and 2.265 g/cm3. It also has a perpendicular thermal conductivity of 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)


Applications of Pyrolytic Boron Nitride (PBN) and Pyrolytic Graphite in High-Temperature Environments

Hochleistungselektronik

PBN comprises ceramic matrix nanocomposites making it good for electrical insulation and allowing it to be stable and function effectively in high temperatures. It also means PBN can also help you produce high strength wafers for any high temperature demanding - power electronics device.

Pyrolytic Graphite tends to act more as an efficient heat dissipator in high-energy electronics you see today. It can make your equipment and gadgets last longer without overheating. PBN can also help you manufacture OLED Displays and LED Lights for electronics.

Halbleiterfertigung

PBN and PG also play a significant role in the semiconductor industry. Crystal growth and efficient heat dissipation in semiconductors is enhanced using a PBN-Tiegel aufgrund seiner Reinheit und der Fähigkeit, thermische Stabilität zu gewährleisten. Dadurch können elektronische Komponenten aufgrund der Abwesenheit von Verunreinigungen optimal funktionieren.

Uniform heating in the wafer manufacturing process of semiconductors is the function of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). It’s this function that ensures the process of semiconductor fabrication.

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

The refractory linings of aerospace machines, aeroplanes and jets make use of pyrolytic boron nitride materials because they tend to facilitate seamless function during flight and re-entry.

In particular, PG is composed of cmc composites that reinforce its capacity for thermal conduction which makes it a good heat shield to sensitive spacecraft components.

Medizin

Most equipment used in sterilization use components made from PBN and PG due to the thermal stability it can provide as well as its biocompatible nature. This thermal stability allows for the production of medical implants that can survive intense conditions without being mordant.

Mikrowellen- und HF-Anwendungen

The thermal stability and insulation properties of PBN allows it to function as major components of windows and substrates in microwaves. Highly Ordered Pyrolytic Graphite (HOPG) can also efficiently dissipate heat in RF devices and make them function at an optimal level.


Das lukrative Geschäft mit PGN und PG

Pyrolytic boron nitride (PBN) and pyrolytic graphite (PG) carry huge potentials for major innovations in several lucrative industries. For instance, being in the PBN and PG business gives you an edge in the electrical industry. This is because of the rise in the interest of PBN-PG composite heating elements.

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 is an ideal product component of break rings for horizontal casting machines. If you also need an insulator for a high-temperature furnace or vacuum system, you would be better off using PBN.

Furthermore, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) is utilized in x-ray spectrometry as a dispersive component. Manufacturers in the plastic industry use PG to reinforce plastic products. PBN also plays a key role in the automotive industry due to its effective wear resistance as it helps to increase the longevity of motor spare parts or even the engines by reducing wear and tears from friction.

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.

 

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