Bornitrid-Keramik
Bornitridkeramik kann aus den Rohstoffen BN (Bornitrid), hexagonalem Bornitrid und kubischem Bornitrid gesintert werden. Die Formel für Bornitrid lautet BN, und die Bornitridstruktur umfasst hexagonales Bornitrid (HBN), rhomboedrisches Bornitrid (RBN), kubisches Bornitrid (CBN) und Wurtzit-Bornitrid (WBN).
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Bornitrid-Keramik
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Bornitrid ist ein Kristall aus Stickstoff- und Boratomen mit der Summenformel BN und einem Molekulargewicht von 24,81. Die chemische Zusammensetzung beträgt 43,61 TP3T Bor und 56,41 TP3T Stickstoff. Die theoretische Dichte beträgt 2,27 g/cm³. Bornitridpulver zeichnet sich durch seine Eigenschaften wie Lockerheit, Schmierfähigkeit, geringes Gewicht, Feuchtigkeitsaufnahme und weiße Farbe aus. Bornitridprodukte haben eine elfenbeinweiße Farbe. Bornitrid kommt derzeit hauptsächlich in seiner hexagonalen (H-BN) und kubischen Phase (C-BN) vor. C-BN wird hauptsächlich für Schneidwerkzeuge, Schleifmittel und Schleifmittel zum Schneiden aller Metalle und Nichtmetalle, einschließlich Eisenmetalle, sowie zur Endbearbeitung verwendet. H-BN ähnelt in Struktur und Eigenschaften Graphit und eignet sich gut als Hochtemperatur-Schmiermaterial und Hochtemperatur-Elektroisoliermaterial. Aufgrund seiner unterschiedlichen Strukturen kann Bornitrid in unterschiedlichen Situationen verwendet und zu unterschiedlichen Keramiken verarbeitet werden.
Bornitrid
Keramik-Produktdisplay
Wunderschöne Produkte
Die Wärmeleitfähigkeit von Bornitridkeramiken ähnelt der von Metallen und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine effiziente Wärmeableitung erfordern. Bornitridkeramiken sind hochtemperaturbeständig und können in Umgebungen über 2000 °C eingesetzt werden.
Bornitridkeramiken weisen eine graphitähnliche Schichtstruktur auf, die ihre Gleiteigenschaften bei hohen Temperaturen und hohem Druck unterstreicht und so den Verschleiß erheblich reduzieren kann.
Tiegel aus Bornitridkeramik
Konischer Tiegel aus Bornitrid
Kleiner Tiegel aus Bornitrid
Eigenschaften von Bornitrid-Keramik
Thermische Leistung
Bornitrid weist eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf und hält hohen Temperaturen ohne nennenswerte Zersetzung stand. Es behält seine strukturelle Integrität auch bei Temperaturen über 1000 °C.
Elektrische Eigenschaften
Es bietet die Vorteile einer guten Durchschlagsfestigkeit, einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, geringer Verluste bei hohen Frequenzen, Mikrowellendurchdringung und guter elektrischer Isolierung.
Mechanische Eigenschaften
Seine Vorteile sind Abriebfestigkeit, geringer Verschleiß, Dimensionsstabilität, gute Schmierfähigkeit, Feuerbeständigkeit und einfache Verarbeitung.
Chemische Eigenschaften
Es bietet die Vorteile der Ungiftigkeit, chemischen Stabilität, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, geringen Feuchtigkeit, biologischen Stabilität und Antihaftwirkung.
Der Unterschied zwischen hexagonalem Bornitrid (h-BN) und kubischem Bornitrid (c-BN)
Hexagonales Bornitrid (h-BN) und kubisches Bornitrid (c-BN) sind beide Bornitrid, aber aufgrund unterschiedlicher Kristallstrukturen und Eigenschaften sind ihre Anwendungen sehr unterschiedlich.
Die mechanische Festigkeit von Bornitrid in der hexagonalen Phase ist geringer als die von Bornitrid in der kubischen Phase, aber beide weisen eine gute Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf.
Mechanische Eigenschaften von Bornitridkeramik
| Name | Bornitrid | |||
| Merkmal | Hexagonales Bornitrid (h-BN) | Kubisches Bornitrid (c-BN) | ||
| Kristallstruktur | Sechseckig | Kubisch | ||
| Gitterkonstante (Å) | a = 2,504, c = 6,657 | a = 3,615 | ||
| Dichte (g/cm³) | 2.15 | 3.45 | ||
| Härte (Mohshärte) | 1-2 | 9-10 | ||
Physikalische Eigenschaften von Bornitrid
| Name | Bornitrid | |||
| Merkmal | Sechseckig | Kubisch | ||
| Wärmeleitfähigkeit (W/mK) | 600-700 | 2000-2700 | ||
| Leitfähigkeit (S/m) | 10⁻¹⁵ | 10⁻¹⁰ - 10⁻⁸ | ||
| Hitzebeständigkeit | Hochtemperaturstabil, geeignet für Hochtemperaturanwendungen | Hochtemperaturstabil, geeignet für Hochtemperaturanwendungen | ||
| Beständigkeit gegen chemische Angriffe | Gute Beständigkeit gegen Säuren und Basen | Gute Beständigkeit gegen Säuren und Basen | ||
| Mechanische Festigkeit | Niedrig | Sehr hoch | ||
| Optische Eigenschaften | Transparent, hohe optische Transmission | Lichtdurchlässig, optische Eigenschaften ähnlich denen von Diamant | ||
| Anwendungen | Schmierstoffe, Isoliermaterialien, keramische Verstärkungen | Hochtemperatur-/Hochdruckwerkzeuge, Schleifmittel, Schneidwerkzeuge | ||
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Keramik für verschiedene Branchen
Keramik wird in zahlreichen Bereichen eingesetzt, unter anderem in der Elektronik, der chemischen Industrie, im Maschinenbau, in der Medizintechnik, in der Forschung und im Laborbereich.
Automobilindustrie
Keramik wird in der Automobilindustrie beispielsweise für Motorkomponenten, Lager, Turbolader und Abgasrückführungsventile (AGR) eingesetzt. Ihre hohe Festigkeit, thermische Stabilität und Verschleißfestigkeit machen sie ideal für diese anspruchsvollen Anwendungen.
Luft- und Raumfahrt
Keramik wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie für Komponenten wie Turbinenschaufeln, Brennkammerauskleidungen, Hitzeschilde und Lager eingesetzt. Ihr geringes Gewicht, ihre hohe Temperaturbeständigkeit und ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften tragen zu verbesserter Leistung und Kraftstoffeffizienz bei.
Elektronische Geräte
Keramik wird in der Elektronikindustrie für Anwendungen wie Substrate, Isolatoren und Gehäuse eingesetzt. Ihre hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften, ihre hohe Wärmeleitfähigkeit und ihre chemische Stabilität machen sie für elektronische Geräte und Schaltungen geeignet.
Energie und Leistung
Keramik findet Anwendung im Energie- und Stromerzeugungssektor, beispielsweise als Komponenten für Gasturbinen, Solarzellen, Wärmetauscher und Hochtemperatursensoren. Ihre Thermoschockbeständigkeit, elektrische Isolierung und chemische Stabilität sind in diesen energiebezogenen Anwendungen von Vorteil.
Schneidwerkzeuge und Schleifmittel
Keramik wird aufgrund ihrer hohen Härte, Verschleißfestigkeit und thermischen Stabilität zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und Schleifmitteln verwendet. Sie kommt in verschiedenen Branchen in der Zerspanung, beim Schleifen und Schneiden zum Einsatz.
Komplettservice für die Herstellung von Bornitrid-Keramikteilen
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Herstellungsprozess von Bornitridkeramik
Wie hoch ist die Wärmeleitfähigkeit von Bornitridkeramik im Vergleich zu anderen Keramiken?
Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Bornitridkeramiken ist im Vergleich zu anderen Keramikwerkstoffen herausragend und liegt üblicherweise im Bereich von 100–200 W/(m·K). Darüber hinaus ähnelt die geschichtete Kristallstruktur der von Graphit. Diese Struktur ermöglicht eine schnelle Wärmeleitung im Material, was ein wichtiger Grund für die hohe Wärmeleitfähigkeit ist. Daher findet man sie häufig in Anwendungen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit erfordern.
Warum ist Bornitrid-Keramik ein idealer Isolierwerkstoff?
Der Widerstand von Bornitridkeramiken ist sehr hoch und liegt üblicherweise zwischen 10^13 und 10^16 Ω·cm. Gleichzeitig ist die Dielektrizitätskonstante üblicherweise niedrig und der dielektrische Verlust gering, was ebenfalls zu ihren Vorteilen zählt. Die hohe Spannungsfestigkeit ermöglicht eine geringe Spannungsbeanspruchung und gewährleistet die Signalübertragung von Hochfrequenz- und Mikrowellengeräten. Dies macht Bornitridkeramiken zu einem idealen Isoliermaterial für viele elektrische und elektronische Geräte.
Wie hoch ist die Thermoschockstabilität von Bornitridkeramiken?
Der Schmelzpunkt von Bornitridkeramik ist mit über 3.000 °C sehr hoch. Sie weist eine ausgezeichnete Thermoschockstabilität auf und bildet selbst bei starken Temperaturschwankungen keine Risse. Der relativ niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient sorgt dafür, dass sich das Volumen während des Erhitzungsprozesses kaum verändert. Gleichzeitig ist Bornitridkeramik aufgrund der haftenden Oxidschicht sehr beständig gegen Oxidationskorrosion bei hohen Temperaturen. Diese Eigenschaften machen sie zur idealen Wahl für viele Hochtemperaturanwendungen.
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