Perkenalan
Salah satu bahan keramik canggih yang menonjol terutama ketika membahas isolasi listrik dan konduktivitas termal adalah Boron Nitrida. Boron nitrida memiliki banyak kualitas impresif yang menjadi incaran para insinyur dan produsen keramik. Menariknya, teknologi kini memudahkan Anda untuk memaksimalkan semua sifat menakjubkan boron nitrida. Jadi, jika Anda bertanya-tanya, apa yang bisa saya lakukan dengan boron nitrida ini? Atau untuk apa boron nitrida digunakan selain untuk isolasi listrik dan konduktivitas termal? Maka artikel hari ini akan sangat membantu untuk menjelaskan kegunaannya dan mengapa boron nitrida menjadi begitu relevan bagi industri manufaktur global. Di sini, Anda juga akan mempelajari berbagai cara industri memproduksi boron nitrida. Ayo!
Apa itu Boron Nitrida?
Boron Nitrida (BN) adalah senyawa kristal bubuk yang terbentuk dari kombinasi industri boron dan nitrogen dalam kondisi suhu tinggi. Senyawa ini tidak berwarna dan sangat keras dengan struktur kristal yang mengesankan dan terikat secara kovalen. Sebagian besar pedagang menyebutnya grafit putih karena sifatnya yang mirip dengan grafit, terutama dalam hal pelumasan. Kekerasan dan stabilitas termal boron nitrida hampir sama dengan intan dan silikon karbida.
Anda dapat menemukan berbagai bentuk boron nitrida di pasar keramik. Bentuk seperti boron nitrida heksagonal (Hbn) dan boron nitrida kubik (CBN) adalah dua jenis mutu yang paling umum. Namun, sebagian besar produsen cenderung menggunakan bentuk boron nitrida heksagonal dalam pengecoran logam dan nanoteknologi karena kemiripannya dengan grafit, stabilitas yang unik, gesekan rendah, dan pembuangan panas yang sangat baik. Boron nitrida kubik juga merupakan pilihan yang sangat diminati karena kekerasannya yang luar biasa. Oleh karena itu, salah satu manfaat utama boron nitrida kubik adalah dalam produksi alat potong bermutu tinggi.
Secara umum, boron nitrida dikenal karena kekuatannya yang tinggi, ringan, dan ketahanannya yang tinggi terhadap karat, suhu tinggi, keausan, dan kerusakan. Boron nitrida merupakan material keramik yang sangat tahan api dan digunakan oleh banyak industri manufaktur karena stabilitas termalnya. Boron nitrida umumnya digunakan dalam bentuk bubuk. (serbuk boron nitrida) untuk memproduksi material dan peralatan bersuhu tinggi. Beberapa di antaranya adalah: kaca, heat sink, lampu LED, pelumas padat, tungku listrik, suku cadang yang digunakan dalam industri otomotif dan kedirgantaraan, pemanas dan krus yang digunakan di laboratorium atau rumah produksi, dll. Salah satu cara mereka mencapai hal ini dengan bubuk boron nitrida adalah dengan menyinternya pada suhu tinggi dan vakum bertekanan dalam jangka waktu tertentu, tergantung pada jumlah yang diproduksi.
Sifat-sifat Boron Nitrida
Beberapa sifat menarik dari boron nitrida adalah:
-
Tidak larut dalam air
-
Sangat tahan terhadap suhu ekstrem, asam, dan bahan kimia kuat lainnya.
-
Batu ini memiliki kekerasan knoop sekitar 45 GPa.
-
Bentuk boron nitrida heksagonal memiliki kepadatan 3,45 g/cm³ sedangkan bentuk nitrida kubik memiliki kepadatan yang sedikit berkurang yaitu 2,1 g/cm³.
-
Mobilitas elektronnya adalah 200 cm²/V.S
-
Ia memiliki indeks bias mencapai sekitar 2,1
-
Ini memiliki titik leleh yang sangat tinggi sekitar 2.900°C
-
Memiliki kapasitas kalor jenis 19,7 J/K.mol
-
Pada suhu ambang sekitar 1.400 - 1500°C, Hbn bereaksi baik dengan padatan seperti Besi (Fe), Nikel (Ni), dan Kobalt (Co).
-
Ia memiliki massa molar 24,82 g/mol
-
Ini memiliki celah pita maksimum 10,7 eV
-
Ini memiliki koefisien ekspansi termal sekitar 2,7
-
Ini memiliki konduktivitas termal yang tinggi yaitu 740 W/mK
-
Ini memiliki modulus massal 400 GPa
-
Ini adalah bahan abrasif padat dengan ketahanan aus yang tinggi.
Penggunaan Boron Nitrida dalam Industri
Apa kegunaan boron nitrida? Faktanya, boron nitrida dapat digunakan untuk banyak aplikasi di berbagai industri. Beberapa di antaranya meliputi:
-
Produksi lapisan dan elemen tungku suhu tinggi.
-
Nanoteknologi menggunakan bubuk boron nitrida untuk menghasilkan nanotube presisi tinggi untuk pengisi keramik.
-
Produksi elemen pemanas berkinerja tinggi seperti tungku listrik, pemanas, dan penyerap panas.
-
Rekayasa biomedis dan kedokteran menggunakannya untuk pencitraan biologis dan produksi obat kemoterapi yang digunakan dalam diagnosis penyakit tertentu.
-
Industri listrik menggunakan boron nitrida untuk menghasilkan beberapa komponen listrik terbaik dan isolator listrik tersedia saat ini karena tidak adanya elektron bebas dalam struktur kristal.
-
Beberapa peralatan pemotong dan penggilingan yang diproduksi oleh industri metalurgi yang Anda lihat saat ini menggunakan bubuk boron nitrida karena sifatnya yang tahan aus.
-
Boron nitrida dapat membantu Anda memproduksi MOSFET, sistem vakum, elektronika daya, baterai li-ion yang kuat, dan lampu LED.
-
Perusahaan manufaktur menggunakan boron nitrida untuk memproduksi mesin industri berat yang digunakan dalam pencetakan injeksi, pengecoran logam, wadah peleburan, dan kaca.
-
Bubuk boron nitrida (Hbn) adalah bentuk pelumas padat yang digunakan dalam mesin produksi dan tribologi.
-
Bubuk boron nitrida dapat membantu Anda melapisi hampir semua jenis material dan akan bertahan cukup lama tanpa berkarat.
-
Boron nitrida heksagonal digunakan dalam industri kosmetik untuk produksi produk kosmetik dengan kemurnian tinggi.
Proses Pembuatan Boron Nitrida
Setiap proses manufaktur boron nitrida dengan kemurnian tinggi merupakan prosedur yang hemat biaya. Karena boron nitrida terkadang bereaksi buruk terhadap sintering, hal ini dapat menimbulkan beberapa tantangan teknis, terutama ketika mencoba mempertahankan keseragaman dalam produksi skala besar. Namun, berikut adalah empat proses manufaktur boron nitrida utama yang dapat Anda pilih:
-
Deposisi Uap Kimia (CVD):
Salah satu proses manufaktur boron yang paling umum adalah deposisi uap kimia. Ini adalah metode serbaguna yang dapat membantu Anda menghasilkan bubuk boron nitrida dengan kemurnian tinggi. Dalam prosedur ini, prekursor dari boron dan nitrogen seperti amonia borana diuapkan dengan filamen panas. Produk yang diperoleh dari penguapan direaksikan dengan substrat murni untuk menghasilkan boron nitrida. Anda dapat menggunakan berbagai jenis substrat tergantung pada tingkat ketebalan atau kekasaran yang Anda inginkan. Meskipun proses manufaktur boron ini sangat mahal, proses ini dapat dengan mudah membantu Anda mensintesis film/substrat yang cacat.
-
Deposisi Uap Fisik (PVD):
Anda juga dapat mensintesis boron nitrida menggunakan metode ini. Metode ini lebih murah dan mudah dibandingkan dengan CVD. Di sini, Anda hanya perlu membombardir ion pada target boron nitrida yang kemudian menyebabkan ejeksi otomatis atom-atom yang mengenai permukaan target boron nitrida. Prosedur ini lebih merupakan penguapan, setelah itu, Anda dapat memanaskan atom-atom yang diejeksi ini (pada suhu tinggi) pada substrat apa pun pilihan Anda, sebaiknya substrat silikon hingga menguap. Kemudian, buat lapisan tipis dan deposisikan boron nitrida yang dihasilkan. Tantangan teknis utama di sini adalah mengendalikan lapisan boron nitrida yang dideposisikan. Namun, Anda masih bisa mendapatkan boron nitrida dengan kemurnian tinggi dari prosedur ini.
-
Metode Sol-Gel:
Proses pembuatan boron nitrida sol-gel sebagian besar digunakan dalam skala kecil produksi Bn Karena prosesnya bisa memakan waktu. Proses ini melibatkan pencampuran prekursor nitrogen dan boron anorganik atau, dalam beberapa kasus, prekursor organik nitrogen dan boron ke dalam larutan, kemudian menghidrolisisnya hingga Anda mendapatkan suspensi partikel koloid cair. Selanjutnya, tambahkan asam sitrat untuk membentuk gel, lalu uapkan pelarutnya. Dengan teknik spin coating atau dip coating, Anda bisa mendapatkan lapisan tipis boron nitrida dari larutan gel ini. Metode ini tidak semahal dan seumum CVD atau PVD, tetapi tetap merupakan proses yang andal untuk menghasilkan nanopartikel boron nitrida berkualitas tinggi. Proses penguapannya bisa memakan waktu hingga satu atau dua hari. Jadi, bagi Anda yang tidak terburu-buru dan juga tidak ingin menghabiskan banyak uang, ini adalah proses manufaktur boron yang sangat cocok untuk Anda manfaatkan.
-
Sintesis Hidrotermal:
Metode ini melibatkan suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Oleh karena itu, metode ini dapat berisiko karena potensi ledakan jika tidak dikontrol dengan baik. Di sini, Anda perlu mendapatkan larutan murni senyawa nitrogen dan boron dalam bejana reaksi hidrotermal yang berisi ion logam. Namun, Anda harus memastikan larutan telah dipanaskan dan diberi tekanan sebelum menempatkannya dalam bejana hidrotermal yang tertutup rapat selama maksimal 24 jam. Tambahkan reagen yang akan meningkatkan kecepatan reaksi dan juga menjaga pH tetap konsisten. Kisaran suhu terbaik untuk metode ini adalah 250°C atau lebih rendah. Setelah reaksi yang diperlukan berlangsung, Anda akan mendapatkan endapan boron nitrida berukuran nano yang pipih dan panjang.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa bentuk boron nitrida terbaik?
Bentuk boron nitrida terbaik adalah jenis boron nitrida kubik dan heksagonal.
Pada suhu berapa boron nitrida heksagonal dapat diproduksi secara industri?
Boron nitrida heksagonal dapat diproduksi secara industri pada suhu tinggi hingga lebih dari 900°C. Hal ini membuatnya mampu menahan suhu ekstrem.
Mengapa boron nitrida dianggap salah satu bahan keramik terbaik untuk isolasi listrik?
Boron nitrida dianggap sebagai salah satu isolator listrik terbaik karena memiliki struktur kompleks yang tidak memiliki pembawa muatan bebas atau elektron bebas.
Mengapa boron nitrida didoping?
Beberapa produsen menggunakan doping boron nitrida karena ingin meningkatkan sifat magnetik, elektronik, dan adsorpsinya. Contoh dopan (pengotor) ini antara lain fosfor, oksigen, besi (Fe), karbon, dan sebagainya.
Kesimpulan
Pentingnya boron nitrida bagi banyak sektor, terutama industri listrik dan metalurgi, tidak dapat dilebih-lebihkan. Sejauh ini, Anda telah melihat beberapa kualitas yang paling dicari, mulai dari insulasi listrik hingga ketahanan suhu tinggi. Baik dalam produksi alat potong presisi tinggi, suhu tinggi, maupun mesin dan perangkat tahan aus, Boron Nitrida siap membantu Anda. Boron nitrida juga mampu menangani metode produksi apa pun yang Anda pilih. Kabar terbaru untuk Anda; Pasar boron nitrida global sedang berkembang pesat. Jadi, segera pesan sekarang juga di Keramik GGS, kami menawarkan beberapa produk boron nitrida terbaik.