Einführung
Pyrolytisches Bornitrid (PBN) und pyrolytischer Graphit (PG) stehen im Mittelpunkt der Funktionalität von Hochtemperaturanwendungen. Dies liegt daran, dass sie sehr effizient sind feuerfeste Materialien. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über PBN und PG, ihre Unterschiede, praktische Anwendungen und wie lukrativ das Geschäft ist, falls Sie investieren möchten.
Unterschied zwischen pyrolytischem Bornitrid (PBN) und pyrolytischem Graphit (PG)
Pyrolytisches Bornitrid ist ein hochreines keramisches Material, das durch chemische Gasphasenabscheidung hergestellt wird. Es ist geruchlos und hat eine hexagonale Kristallstruktur, die leicht mit Graphit verwechselt werden kann. Der Handelsname lautet PBN. Pyrolytisches Bornitrid ist eine der stärksten und reinsten Formen von Bornitrid (Reinheit ca. 99,9%). Der Grund dafür liegt in der dicht gepackten anisotropen Struktur und der hohen Hitzeentwicklung bei der Herstellung.
Pyrolytischer Graphit ist ein spezieller Graphit, der durch die Zersetzung von Kohlenwasserstoffgas bei extrem hohen Temperaturen in einem Vakuumofen hergestellt wird.
Eigenschaften von pyrolytischem Bornitrid und pyrolytischem Graphit
PBN hat meist ein orangefarbenes oder weißliches Aussehen und eine Dichte von 2,15 g/cm³. Die Oberfläche ist glatt und porenfrei. Die Zugfestigkeit von PBN beträgt beeindruckende 153,84 N/mm² und der Elastizitätsmodul 235.690 N/mm². Die Durchschlagfestigkeit beträgt 56 kV/mm² und die sehr hohe Thermoschockbeständigkeit macht es widerstandsfähig gegen mechanische Belastungen.
Die Festigkeit von PBN nimmt mit steigender Temperatur zu, bis 2473 °K erreicht sind. Bei einer Temperatur von 3273 °K zerfällt die pyrolytische Bornitridverbindung in Bor und Nitrid. Pyrolytisches Bornitrid hat einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten (2,1 x 10-6 °C), wodurch es auch bei extremen Temperaturen und Drücken seine Form stabil behält.
Darüber hinaus rostet es aufgrund seiner chemischen Inertheit nicht so leicht. Warum? Es ist widerstandsfähig genug gegen Angriffe durch Chemikalien oder Säuren.
Abb. 1: Pyrolytisches Bornitrid (PBN)
PG ist ein schwarzer Feststoff, der meist in Form von Scheiben, Platten oder Blechen vorkommt. 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)
Anwendungen 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 und ist auch bei hohen Temperaturen stabil und effektiv. Das bedeutet auch, dass PBN Sie bei der Herstellung hochfester Wafer für alle hochtemperaturempfindlichen Leistungselektronikgeräte unterstützen kann.
Pyrolytischer Graphit dient in der heutigen Hochenergieelektronik eher als effizienter Wärmeableiter. Er kann die Lebensdauer Ihrer Geräte und Gadgets verlängern, ohne zu überhitzen. PBN unterstützt Sie auch bei der Herstellung von OLED-Displays und LED-Leuchten für elektronische Geräte.
Halbleiterfertigung
PBN und PG spielen auch in der Halbleiterindustrie eine bedeutende Rolle. Kristallwachstum und effiziente Wärmeableitung in Halbleitern werden 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 Funktion 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
Für die feuerfesten Auskleidungen von Luft- und Raumfahrtmaschinen, Flugzeugen und Düsenflugzeugen werden pyrolytische Bornitridmaterialien verwendet, da diese eine reibungslose Funktion während des Fluges und beim Wiedereintritt gewährleisten.
Insbesondere besteht PG aus CMC-Verbundwerkstoffen, die seine Wärmeleitfähigkeit verstärken, was es zu einem guten Hitzeschild für empfindliche Raumfahrzeugkomponenten macht.
Medizin
Die meisten Sterilisationsgeräte verwenden Komponenten aus PBN und PG, da diese Materialien thermisch stabil und biokompatibel sind. Diese thermische Stabilität ermöglicht die Herstellung medizinischer Implantate, die extremen Bedingungen standhalten, ohne zu beizen.
Mikrowellen- und HF-Anwendungen
Dank seiner thermischen Stabilität und Isoliereigenschaften kann PBN als Hauptbestandteil von Fenstern und Substraten in Mikrowellen eingesetzt werden. Hochgeordneter pyrolytischer Graphit (HOPG) kann zudem die Wärme in HF-Geräten effizient ableiten und für deren optimale Funktion sorgen.
Das lukrative Geschäft mit PGN und PG
Pyrolytisches Bornitrid (PBN) und pyrolytischer Graphit (PG) bergen enormes Innovationspotenzial in mehreren 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 ist ein idealer Produktbestandteil von Brechringen für Horizontalgießmaschinen. Wenn Sie auch einen Isolator für einen Hochtemperaturofen oder ein Vakuumsystem benötigen, sind Sie mit PBN besser bedient.
Darüber hinaus wird hochorientierter pyrolytischer Graphit (HOPG) in der Röntgenspektrometrie als Dispersionskomponente eingesetzt. Hersteller in der Kunststoffindustrie verwenden PG zur Verstärkung von Kunststoffprodukten. PBN spielt aufgrund seiner effektiven Verschleißfestigkeit auch in der Automobilindustrie eine Schlüsselrolle, da es durch die Reduzierung von Reibungsverschleiß die Lebensdauer von Motorersatzteilen oder sogar Motoren erhöht.
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.