Ceramica al nitruro di boro
La ceramica al nitruro di boro può essere sinterizzata a partire da materie prime come bn (nitruro di boro), nitruro di boro esagonale e nitruro di boro cubico. La formula del nitruro di boro è BN, e la struttura del nitruro di boro include nitruro di boro esagonale (HBN), nitruro di boro romboedrico (RBN), nitruro di boro cubico (CBN) e nitruro di boro wurtzite (WBN).
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Il nitruro di boro è un cristallo composto da atomi di azoto e atomi di boro, con formula molecolare BN e peso molecolare di 24,81. La composizione chimica è 43,61 TP³T di boro, 56,41 TP³T di azoto e la densità teorica è di 2,27 g/cm³. La polvere di nitruro di boro presenta proprietà quali fluidità, lubrificazione, leggerezza, assorbimento di umidità e colore bianco. I prodotti a base di nitruro di boro sono di colore bianco avorio. Attualmente, il nitruro di boro è principalmente concentrato nella sua fase esagonale (H-BN) e cubica (C-BN). I principali utilizzi del C-BN sono: utensili da taglio, abrasivi e abrasivi, che possono essere utilizzati per il taglio di tutti i metalli e non metalli, compresi i metalli ferrosi, e per la finitura. La struttura e le proprietà dell'H-BN sono simili a quelle della grafite ed è un buon materiale lubrificante ad alta temperatura e un buon materiale isolante elettrico ad alta temperatura. Pertanto, grazie alle sue diverse strutture, il nitruro di boro può essere utilizzato in diverse situazioni e può essere trasformato in diverse ceramiche.
Nitruro di boro
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La conduttività termica delle ceramiche al nitruro di boro è simile a quella del metallo ed è ampiamente utilizzata in applicazioni che richiedono un'efficiente dissipazione del calore. Le ceramiche al nitruro di boro sono resistenti alle alte temperature e possono funzionare in ambienti con temperature superiori a 2000 °C.
La ceramica al nitruro di boro presenta una struttura stratificata simile alla grafite, che ne esalta le proprietà auto-scorrevoli ad alte temperature e pressioni, riducendo notevolmente l'usura.
Crogiolo ceramico al nitruro di boro
Crogiolo conico in nitruro di boro
Crogiolo piccolo di nitruro di boro
Caratteristiche della ceramica al nitruro di boro
Prestazioni termiche
Il nitruro di boro ha un'eccellente stabilità termica e può resistere ad alte temperature senza subire decomposizioni significative. Mantiene la sua integrità strutturale anche a temperature superiori a 1000 °C.
Proprietà elettriche
Presenta i vantaggi di buona rigidità dielettrica, bassa costante dielettrica, bassa perdita ad alta frequenza, penetrazione delle microonde e buon isolamento elettrico.
Proprietà meccaniche
Presenta i seguenti vantaggi: non è abrasivo, ha un basso livello di usura, è dimensionale sicuro, ha un buon potere lubrificante, è ignifugo ed è facile da lavorare.
Proprietà chimiche
Presenta i vantaggi di atossicità, stabilità chimica, resistenza alla corrosione, resistenza all'ossidazione, bassa umidità, stabilità biologica e antiaderenza.
La differenza tra nitruro di boro esagonale (h-BN) e nitruro di boro cubico (c-BN)
Il nitruro di boro esagonale (h-BN) e il nitruro di boro cubico (c-BN) sono entrambi nitruro di boro, ma a causa delle diverse strutture cristalline e proprietà, le loro applicazioni sono molto differenti.
La resistenza meccanica del nitruro di boro in fase esagonale è inferiore a quella del nitruro di boro in fase cubica, ma entrambi presentano una buona resistenza al calore e alla corrosione.
Proprietà meccaniche della ceramica al nitruro di boro
| Nome | nitruro di boro | |||
| Caratteristica | Nitruro di boro esagonale (h-BN) | Nitruro di boro in fase cubica (c-BN) | ||
| Struttura cristallina | Esagonale | Cubo | ||
| Costante reticolare (Å) | a = 2,504, c = 6,657 | a = 3,615 | ||
| Densità (g/cm³) | 2.15 | 3.45 | ||
| Durezza (durezza Mohs) | 1-2 | 9-10 | ||
Proprietà fisiche del nitruro di boro
| Nome | nitruro di boro | |||
| Caratteristica | Esagonale | Cubo | ||
| Conduttività termica (W/mK) | 600-700 | 2000-2700 | ||
| Conduttività (S/m) | 10⁻¹⁵ | 10⁻¹⁰ - 10⁻⁸ | ||
| Resistenza al calore | Stabile ad alte temperature, adatto per applicazioni ad alta temperatura | Stabile ad alte temperature, adatto per applicazioni ad alta temperatura | ||
| Resistenza agli attacchi chimici | Buona resistenza agli acidi e alle basi | Buona resistenza agli acidi e alle basi | ||
| Resistenza meccanica | Basso | Molto alto | ||
| Proprietà ottiche | Trasparente, elevata trasmittanza ottica | Traslucido, proprietà ottiche simili al diamante | ||
| Applicazioni | Lubrificanti, materiali isolanti, rinforzi ceramici | Utensili ad alta temperatura/alta pressione, abrasivi, utensili da taglio | ||
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Ceramica per diversi settori industriali
La ceramica è ampiamente utilizzata in vari settori, tra cui l'elettronica, l'industria chimica, l'ingegneria meccanica, i dispositivi medici, la ricerca e gli ambienti di laboratorio.
Automobilistico
La ceramica è utilizzata in applicazioni automobilistiche come componenti di motori, cuscinetti, turbocompressori e valvole di ricircolo dei gas di scarico (EGR). La sua elevata resistenza, stabilità termica e resistenza all'usura la rendono ideale per queste applicazioni complesse.
Aerospaziale
La ceramica viene utilizzata nell'industria aerospaziale per componenti come pale di turbine, rivestimenti di camere di combustione, scudi termici e cuscinetti. La sua leggerezza, la resistenza alle alte temperature e le eccellenti proprietà meccaniche contribuiscono a migliorare le prestazioni e l'efficienza dei consumi.
Dispositivi elettronici
Le ceramiche sono utilizzate nell'industria elettronica per applicazioni come substrati, isolanti e package. Le loro eccellenti proprietà di isolamento elettrico, l'elevata conduttività termica e la stabilità chimica le rendono adatte a dispositivi e circuiti elettronici.
Energia e potenza
La ceramica trova applicazione nel settore dell'energia e della produzione di energia, inclusi componenti per turbine a gas, celle solari, scambiatori di calore e sensori ad alta temperatura. La sua resistenza agli shock termici, l'isolamento elettrico e la stabilità chimica sono vantaggi in queste applicazioni energetiche.
Utensili da taglio e abrasivi
La ceramica viene utilizzata nella produzione di utensili da taglio e abrasivi grazie alla sua elevata durezza, resistenza all'usura e stabilità termica. Trova impiego nelle operazioni di lavorazione meccanica, rettifica e taglio in diversi settori industriali.
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Processo di produzione di ceramica al nitruro di boro
In che modo l'elevata conduttività termica della ceramica al nitruro di boro si confronta con quella di altre ceramiche?
L'elevata conduttività termica della ceramica al nitruro di boro è decisamente superiore a quella di altri materiali ceramici, solitamente compresa tra 100 e 200 W/(m·K), un valore molto elevato. Inoltre, la sua struttura cristallina stratificata è simile a quella della grafite. Questa struttura permette al calore di essere rapidamente condotto nel materiale, il che è un fattore importante per l'elevata conduttività termica. Pertanto, è spesso presente in applicazioni che richiedono rigorosamente la conduttività termica.
Perché la ceramica di nitruro di boro è un materiale isolante ideale?
La resistenza della ceramica al nitruro di boro è molto elevata, solitamente compresa tra 10^13 e 10^16 Ω·cm. Allo stesso tempo, la costante dielettrica è generalmente bassa e anche la perdita dielettrica è ridotta, il che rappresenta un ulteriore vantaggio. L'elevata tensione di tenuta consente al materiale di non essere facilmente scomposto dalla tensione e di garantire la trasmissione del segnale a dispositivi elettronici ad alta frequenza e a microonde, rendendolo un materiale isolante ideale per molte apparecchiature elettriche e dispositivi elettronici.
Qual è la stabilità agli shock termici della ceramica al nitruro di boro?
Il punto di fusione della ceramica al nitruro di boro è molto elevato, superando i 3.000 °C, e presenta un'eccellente stabilità agli shock termici, senza generare crepe anche in caso di drastiche variazioni di temperatura. Il coefficiente di dilatazione termica relativamente basso garantisce che il volume non subisca variazioni significative durante il processo di riscaldamento. Allo stesso tempo, la ceramica al nitruro di boro è molto resistente alla corrosione per ossidazione ad alte temperature grazie all'adesione del film di ossido. Queste caratteristiche la rendono la scelta ideale per numerose applicazioni ad alta temperatura.
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