Introducción
Un material cerámico avanzado que destaca especialmente cuando se habla de aislamiento eléctrico y conductividad térmica es Nitruro de boro. Posee muchas cualidades impresionantes que los ingenieros y fabricantes de cerámica buscan. Curiosamente, la tecnología ha facilitado enormemente el aprovechamiento de todas las increíbles propiedades del nitruro de boro. Si se pregunta qué puede hacer con este nitruro de boro o para qué se utiliza además del aislamiento eléctrico y la conductividad térmica, el artículo de hoy le ayudará a explicar sus usos y por qué se ha vuelto tan relevante para las industrias manufactureras a nivel mundial. Aquí también aprenderá sobre las diversas formas en que las industrias producen nitruro de boro. ¡Comencemos!
¿Qué es el nitruro de boro?
El nitruro de boro (BN) es un compuesto cristalino en polvo formado a partir de la combinación industrial de boro y nitrógeno a alta temperatura. Es incoloro y extremadamente duro, con una impresionante estructura cristalina con enlaces covalentes. La mayoría de los comerciantes lo llaman cariñosamente grafito blanco debido a las propiedades similares que comparte con el grafito, especialmente en cuanto a lubricación. La dureza y la estabilidad térmica del nitruro de boro son prácticamente iguales a las del diamante y el carburo de silicio.
Se pueden encontrar diversas formas en el mercado cerámico. Formas como el nitruro de boro hexagonal (Hbn) y el nitruro de boro cúbico (CBN) son dos de los grados más comunes. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes suelen utilizar el nitruro de boro hexagonal en la fundición de metales y la nanotecnología debido a su similitud con el grafito, su estabilidad única, su baja fricción y su excelente disipación del calor. El nitruro de boro cúbico también es una opción muy atractiva debido a su excepcional dureza. Por lo tanto, una de las principales áreas en las que el nitruro de boro cúbico puede ser útil es en la producción de herramientas de corte de alta calidad.
En general, el nitruro de boro es conocido por su alta resistencia, ligereza y gran resistencia a la oxidación, las altas temperaturas, el desgaste y las roturas. Es un material cerámico altamente refractario utilizado en muchas industrias manufactureras debido a su estabilidad térmica. Se utiliza principalmente en polvo. (polvos de nitruro de boro) Para producir materiales y equipos de alta temperatura. Algunos de estos son: vidrio, disipadores de calor, luces LED, lubricantes sólidos, hornos eléctricos, repuestos para las industrias automotriz y aeroespacial, calentadores y crisoles para laboratorios o plantas de producción, etc. Una forma de lograr esto con polvos de nitruro de boro es sinterizándolos a altas temperaturas y presión al vacío dentro de un plazo determinado, dependiendo de la cantidad producida.
Propiedades del nitruro de boro
Algunas de las propiedades interesantes del nitruro de boro son:
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Es insoluble en agua.
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Es altamente resistente a temperaturas extremas, ácidos y otros productos químicos fuertes.
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Tiene una dureza Knoop de aproximadamente 45 GPa.
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La forma hexagonal de nitruro de boro tiene una densidad de 3,45 g/cm³, mientras que la forma cúbica de nitruro tiene una densidad ligeramente reducida de 2,1 g/cm³.
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Tiene una movilidad electrónica de 200 cm²/V. S
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Tiene un índice de refracción que alcanza aproximadamente 2,1.
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Tiene un punto de fusión muy alto, de alrededor de 2.900 °C.
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Tiene una capacidad calorífica específica de 19,7 J/K.mol.
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A temperaturas umbral de aproximadamente 1400 - 1500 °C, el Hbn reacciona bien con sólidos como el hierro (Fe), el níquel (Ni) y el cobalto (Co).
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Tiene una masa molar de 24,82 g/mol.
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Tiene un ancho de banda máximo de 10,7 eV.
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Tiene un coeficiente de expansión térmica de aproximadamente 2,7.
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Tiene una alta conductividad térmica de 740 W/mK.
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Tiene un módulo volumétrico de 400 GPa.
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Es un abrasivo sólido con alta resistencia al desgaste.
Usos industriales del nitruro de boro
¿Para qué se utiliza el nitruro de boro? Lo cierto es que el nitruro de boro tiene muchísimas aplicaciones en una amplia variedad de industrias. Algunas de ellas son:
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Producción de revestimientos y elementos para hornos de alta temperatura.
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La nanotecnología utiliza polvo de nitruro de boro para producir nanotubos de alta precisión para rellenos cerámicos.
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La producción de elementos calefactores de alto rendimiento, como hornos eléctricos, calentadores y disipadores de calor.
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La ingeniería biomédica y la medicina lo utilizan para la bioimagen y la producción de fármacos quimioterapéuticos utilizados en el diagnóstico de ciertas enfermedades.
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Las industrias eléctricas utilizan nitruro de boro para producir algunos de los mejores componentes eléctricos y aislantes eléctricos Disponible hoy en día debido a la ausencia de electrones libres en la estructura cristalina.
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Algunas de las herramientas de corte y rectificado producidas por las industrias metalúrgicas que vemos hoy en día utilizan polvos de nitruro de boro debido a su propiedad de resistencia al desgaste.
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El nitruro de boro puede ayudarle a producir MOSFET, sistemas de vacío, electrónica de potencia, baterías de iones de litio potentes y luces LED.
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Las empresas de fabricación utilizan nitruro de boro para producir máquinas industriales pesadas que se utilizan en moldeo por inyección, fundición de metales, crisoles y vidrio.
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El polvo de nitruro de boro (Hbn) es una forma de lubricante sólido utilizado en máquinas de producción y tribología.
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El polvo de nitruro de boro puede ayudarle a recubrir prácticamente cualquier tipo de material y durará lo suficiente sin oxidarse.
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El nitruro de boro hexagonal se utiliza en la industria cosmética para la producción de productos cosméticos de alta pureza.
Proceso de fabricación de nitruro de boro
Cualquier proceso de fabricación de nitruro de boro de alta pureza es muy rentable. Dado que el nitruro de boro reacciona en ocasiones de forma deficiente a la sinterización, puede plantear algunos desafíos técnicos, especialmente al intentar mantener la uniformidad en producciones a gran escala. Sin embargo, a continuación, se presentan cuatro procesos principales de fabricación de nitruro de boro entre los que puede elegir:
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Deposición química de vapor (CVD):
Uno de los procesos más comunes para la fabricación de boro es la deposición química de vapor. Es un método versátil que permite producir polvos de nitruro de boro de alta pureza. En este procedimiento, precursores de boro y nitrógeno, como el borano de amoníaco, se vaporizan con un filamento caliente. El producto obtenido de la vaporización reacciona con un sustrato puro para obtener nitruro de boro. Se pueden utilizar diferentes tipos de sustratos según el nivel de espesor o rugosidad deseado. Si bien este proceso de fabricación de boro es muy costoso, permite sintetizar fácilmente películas o sustratos con defectos.
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Deposición física de vapor (PVD):
También se puede sintetizar nitruro de boro con este método. Es más económico y sencillo que la dextrometorfano (CVD). En este caso, basta con bombardear con iones un objetivo de nitruro de boro, lo que provoca la expulsión automática de los átomos que impactan en su superficie. Este procedimiento se basa más en la evaporación; posteriormente, se pueden calentar estos átomos expulsados (a altas temperaturas) sobre cualquier sustrato, preferiblemente de silicio, hasta que se vaporicen. A continuación, se obtiene una película delgada y se deposita el nitruro de boro resultante. El principal reto técnico reside en controlar la película de nitruro de boro depositada. Sin embargo, con este procedimiento se puede obtener nitruro de boro de alta pureza.
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Método Sol-Gel:
El proceso de fabricación de nitruro de boro sol-gel se utiliza principalmente en pequeñas empresas. producción de Bn Porque puede llevar mucho tiempo. Implica mezclar precursores inorgánicos o, en algunos casos, orgánicos de nitrógeno y boro en una solución, y luego hidrolizarlos hasta obtener una suspensión líquida de partículas coloidales. A continuación, se añade ácido cítrico para formar un gel y se evapora el disolvente. Con técnicas de recubrimiento por centrifugación o inmersión, se pueden obtener películas delgadas de nitruro de boro a partir de esta solución de gel. Este método no es tan caro ni tan utilizado como la CVD o la PVD, pero sigue siendo un proceso fiable para producir nanopartículas de nitruro de boro de alta calidad. El proceso de evaporación puede tardar uno o dos días. Por lo tanto, para alguien que no tenga prisa ni quiera gastar mucho, este es un proceso de fabricación de boro muy adecuado que podría aprovechar.
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Síntesis hidrotermal:
Este método implica temperaturas y presiones muy altas. Por lo tanto, podría ser arriesgado debido a posibles explosiones si no se controla adecuadamente. En este caso, deberá obtener una solución pura de compuestos de nitrógeno y boro en un recipiente de reacción hidrotermal que contenga iones metálicos. Sin embargo, debe asegurarse de haber calentado y presurizado la solución antes de colocarla en el recipiente hidrotermal completamente sellado durante un máximo de 24 horas. Añada reactivos que aumenten la velocidad de la reacción y mantengan un pH constante. El rango de temperatura óptimo para este método es de 250 °C o inferior. Tras las reacciones necesarias, obtendrá precipitados de nitruro de boro planos, largos y de tamaño nanométrico.
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son las mejores formas de nitruro de boro?
Las mejores formas de nitruro de boro son los tipos de nitruro de boro cúbico y hexagonal.
¿A qué temperatura se puede producir industrialmente nitruro de boro hexagonal?
El nitruro de boro hexagonal se puede producir industrialmente a altas temperaturas, que superan los 900 °C. Esto le permite soportar temperaturas extremas.
¿Por qué el nitruro de boro se considera uno de los mejores materiales cerámicos para el aislamiento eléctrico?
El nitruro de boro se considera uno de los mejores aislantes eléctricos porque tiene una estructura compleja que carece de portadores de carga libres o electrones libres.
¿Por qué se dopa el nitruro de boro?
Algunos fabricantes dopan el nitruro de boro para mejorar sus propiedades magnéticas, electrónicas y de adsorción. Ejemplos de estos dopantes (impurezas) son el fósforo, el oxígeno, el hierro (Fe), el carbono, etc.
Conclusión
La importancia del nitruro de boro para muchos sectores, especialmente la industria eléctrica y metalúrgica, es innegable. Hasta ahora, ha visto algunas de las cualidades más solicitadas, desde el aislamiento eléctrico hasta la resistencia a altas temperaturas. Ya sea en la producción de herramientas de corte de alta precisión, máquinas y dispositivos resistentes al desgaste y a altas temperaturas, el nitruro de boro le ofrece lo que necesita. Además, es compatible con cualquier método de producción que elija. Una breve actualización: el mercado mundial del nitruro de boro está creciendo a un ritmo acelerado. ¡Haga su pedido ahora mismo! Cerámicas GGSCerámicasOfrecemos algunos de los mejores productos de nitruro de boro.