Introduzione
Il nitruro di boro pirolitico (PBN) e la grafite pirolitica (PG) hanno assunto un ruolo centrale nell'ambito delle applicazioni ad alta temperatura. Questo perché sono molto efficienti. materiali refrattariIn questo articolo scoprirai di più su PBN e PG, sulle loro differenze, sulle applicazioni pratiche e su quanto sia redditizio questo business nel caso in cui tu voglia investire.
Differenza tra nitruro di boro pirolitico (PBN) e grafite pirolitica (PG)
Il nitruro di boro pirolitico è un materiale ceramico ad elevata purezza prodotto mediante deposizione chimica da vapore. È inodore e ha una struttura cristallina esagonale, che lo rende facilmente confondibile con la grafite. È noto con il nome commerciale di PBN. Il nitruro di boro pirolitico è una delle forme più forti e pure di nitruro di boro (purezza di circa 99,91 TP3T). Ciò è dovuto alla struttura anisotropica compatta e all'intenso calore a cui è sottoposto durante la produzione.
La grafite pirolitica è una grafite speciale prodotta dalla decomposizione di gas idrocarburici a temperature estremamente elevate in un forno sotto vuoto.
Caratteristiche del nitruro di boro pirolitico e della grafite pirolitica
Il PBN ha un aspetto prevalentemente arancione o biancastro con una densità di 2,15 g/cm³. La superficie è liscia e priva di pori. La resistenza alla trazione del PBN è di ben 153,84 N/mm² e il suo modulo elastico è di 235690 N/mm². Ha una rigidità dielettrica di 56 kV/mm³ e un'elevatissima resistenza agli shock termici, che lo rendono in grado di sopportare sollecitazioni meccaniche.
La resistenza del PBN aumenta con l'aumentare della temperatura fino a raggiungere i 2473 °K. Quando la temperatura sale a 3273 °K, il composto di nitruro di boro pirolitico si disintegra in boro e nitruro. Il nitruro di boro pirolitico ha un basso coefficiente di dilatazione (2,1 x 10-6 °C) che gli consente di mantenere una forma stabile anche a temperature e pressioni estreme.
Inoltre, il fatto che sia chimicamente inerte significa che non arrugginisce facilmente. Perché? È sufficientemente resistente agli attacchi di sostanze chimiche o acidi.
Fig 1: Nitruro di boro pirolitico (PBN)
Il PG è un solido nero che si presenta principalmente sotto forma di disco, foglio o piastra. Ha una resistenza alla trazione di 200 MPa. La sua densità è compresa tra 1,30 e 2,265 g/cm³. Ha anche una conduttività termica perpendicolare di 80 W/m·K.
Inoltre, il PG può sopportare una dilatazione termica fino a 20 µm/m·°C. La sua resistività elettrica perpendicolare è compresa tra 0,15 e 0,25 Ω·cm. Pertanto, la sua resistenza finale a compressione, flessione e trazione aumenta con l'aumentare della temperatura.
Fig. 2: Grafite pirolitica (PG)
Applicazioni del nitruro di boro pirolitico (PBN) e della grafite pirolitica in ambienti ad alta temperatura
Elettronica ad alta potenza
Il PBN è costituito da nanocompositi a matrice ceramica che lo rendono ideale per l'isolamento elettrico, garantendone stabilità e funzionalità efficaci anche ad alte temperature. PBN può inoltre essere utilizzato per produrre wafer ad alta resistenza per qualsiasi dispositivo elettronico di potenza che richieda alte temperature.
La grafite pirolitica tende a fungere da efficiente dissipatore di calore nei dispositivi elettronici ad alta energia oggi in uso. Può prolungare la durata di apparecchiature e gadget senza surriscaldarli. Il PBN può anche aiutarvi a produrre display OLED e luci a LED per l'elettronica.
Produzione di semiconduttori
PBN e PG svolgono anche un ruolo significativo nell'industria dei semiconduttori. La crescita dei cristalli e l'efficiente dissipazione del calore nei semiconduttori vengono migliorate utilizzando un Crogiolo PBN Grazie alle sue proprietà pure e alla capacità di garantire stabilità termica, i componenti elettronici possono funzionare in modo ottimale, senza contaminazioni.
Il riscaldamento uniforme nel processo di produzione dei wafer di semiconduttori è affidato alla grafite pirolitica altamente orientata (HOPG). È questa funzione a garantire il processo di fabbricazione dei semiconduttori. 
Fig 3: Crogiolo PBN
Componenti del reattore nucleare
Il materiale ceramico refrattario di PBN e PG consente loro di resistere a radiazioni e calore estremi. Il PG, in particolare, ha un'elevata stabilità, che lo rende un materiale adatto alla progettazione dei noccioli dei reattori. Al contrario, le proprietà di isolamento termico e stabilità chimica del PBN garantiscono la sicurezza e l'efficienza dei componenti del reattore.
Ingegneria aerospaziale
I rivestimenti refrattari di macchine aerospaziali, aeroplani e jet utilizzano materiali in nitruro di boro pirolitico perché tendono a facilitare il funzionamento senza interruzioni durante il volo e il rientro.
In particolare, il PG è composto da compositi cmc che ne rafforzano la capacità di conduzione termica, rendendolo un buon scudo termico per i componenti sensibili dei veicoli spaziali.
Medicinale
La maggior parte delle apparecchiature utilizzate per la sterilizzazione utilizza componenti realizzati in PBN e PG, grazie alla loro stabilità termica e alla loro natura biocompatibile. Questa stabilità termica consente la produzione di impianti medici in grado di resistere a condizioni estreme senza essere mordenti.
Applicazioni a microonde e RF
La stabilità termica e le proprietà isolanti del PBN ne consentono l'impiego come componente principale di finestre e substrati nei forni a microonde. La grafite pirolitica altamente ordinata (HOPG) può anche dissipare efficacemente il calore nei dispositivi RF e garantirne il funzionamento ottimale.
Il business redditizio di PGN e PG
Il nitruro di boro pirolitico (PBN) e la grafite pirolitica (PG) offrono enormi potenzialità per importanti innovazioni in diversi settori redditizi. Ad esempio, operare nel settore del PBN e del PG offre un vantaggio competitivo nel settore elettrico, grazie al crescente interesse per gli elementi riscaldanti compositi PBN-PG.
Gli elementi riscaldanti compositi PBN-PG sono molto resistenti. La deposizione chimica da vapore (CVD) viene utilizzata per posizionare il PG sugli elementi PBN e creare ceramiche resistenti utilizzate nei semiconduttori. Questi semiconduttori sono componenti di microchip in computer portatili, telefoni cellulari, robot, ecc. Ciò significa che gli elementi riscaldanti compositi PBN-PG sono molto richiesti.
Se vuoi avventurarti in questo settore, puoi star certo di grandi profitti e crescita. Gli elementi riscaldanti compositi PBN-PG offrono soluzioni più efficienti agli ingegneri, in particolare ai produttori di laptop, telefoni cellulari, tablet, ecc., consentendo loro di creare prodotti che dissipano facilmente il calore.
Fig 4: Elemento riscaldante composito PBN-PG
Il PBN è un componente ideale per gli anelli di rottura per macchine di colata orizzontali. Se si necessita anche di un isolante per un forno ad alta temperatura o un sistema sotto vuoto, è preferibile utilizzare il PBN.
Inoltre, la grafite pirolitica altamente orientata (HOPG) viene utilizzata nella spettrometria a raggi X come componente dispersivo. I produttori dell'industria della plastica utilizzano il PG per rinforzare i prodotti in plastica. Il PBN svolge un ruolo chiave anche nell'industria automobilistica grazie alla sua efficace resistenza all'usura, contribuendo ad aumentare la longevità dei ricambi o persino dei motori stessi, riducendo l'usura dovuta all'attrito.
Domande frequenti (FAQ)
Qual è la differenza principale tra nitruro di boro pirolitico (PBN) e grafite pirolitica (PG)?
La differenza principale tra PBN e PG risiede nella loro composizione. Il PG ha una conduttività termica significativamente più elevata del PBN: il PG è un conduttore elettrico, mentre il PBN è un isolante. Grazie a queste proprietà, il PBN è più efficiente in termini di elevata resistenza termica.
Che cosa è un materiale refrattario?
Un materiale refrattario è semplicemente un isolante termico. Si tratta di materiali con proprietà che consentono loro di resistere a temperature estremamente elevate. Sono anche altamente resistenti agli attacchi chimici e agli urti.
Conclusione
Il nitruro di boro pirolitico e la grafite pirolitica stanno facendo passi da gigante nell'industria elettronica e aerospaziale. In particolare, il PBN garantisce resistenza termica, proteggendo i componenti dei dispositivi ad alta temperatura dai danni causati dalle alte temperature. Il PG dissipa il calore nei componenti elettrici.