Invoering
Elektrische isolatie en thermische geleidbaarheid zijn twee van de meest gewilde eigenschappen waar de meeste moderne fabrikanten op letten. Niemand wil een apparaat of apparatuur die oververhit raakt of elektrocutie veroorzaakt tijdens gebruik. Dit is precies waarom boornitride keramiek lijken in bijna elk gesprek over keramische onderdelen te verschijnen. Bovendien heeft het ook een aantal andere interessante eigenschappen. In het artikel van vandaag leert u de belangrijkste eigenschappen en kenmerken van boornitridekeramiek kennen en krijgt u antwoord op de veelgestelde vraag: waar wordt boornitride voor gebruikt? U maakt ook kennis met de verschillende toepassingen van boornitride die tegenwoordig beschikbaar zijn en de bijbehorende productcategorieën.
Keramiek op basis van boornitride
Boronnitride keramische materialen zijn extreem harde keramische materialen, gemaakt van de industriële combinatie van borium en nitride. Boronnitride (BN) is op zichzelf een covalent gebonden, gepoederde kristallijne verbinding, verkrijgbaar in verschillende vormen, die zelfs onder ongunstige of zeer stressvolle omstandigheden efficiënt presteert. Dit komt door het unieke vermogen om warmte uitstekend te geleiden en elektriciteit te weerstaan, vrijwel net zoals aluminiumnitride keramiek. Beschouw boornitride keramiek dus als zeer bewerkbare, supersterke keramische materialen die u nodig hebt in de meeste productieprojecten.
Er zijn immers niet veel keramische materialen die kunnen bogen op dezelfde elektrische isolatie, thermische geleidbaarheid en stabiliteit als keramische onderdelen van boornitride. Gezien het feit dat de hexagonale vorm van boornitride (Hbn) soms zelfs witachtig lijkt, zou je het kunnen verwarren met wit grafiet, omdat het ook een uitstekend smeermiddel is en... sterk isolatiemateriaal. Door de multidimensionale aard van boornitridekeramiek is het toepasbaar in vele industriële sectoren. Het dient als een zeer sterke elektrische isolator in elektronische apparaten met hoog vermogen, machineonderdelen, rotoren, motoren en keramische doorvoeren.
Biomedische ingenieurs, werktuigbouwkundigen en lucht- en ruimtevaarttechnologen gebruiken allemaal de verschillende vormen van BN-keramiek om te voldoen aan hun hoge precisie-eisen. De vrijwel ongeëvenaarde sterkte en flexibiliteit maken het een uitstekend materiaal voor de productie van ledlampen, vuurvaste materialen voor ovens, halfgeleidercomponenten, laboratoriumkroezen en koellichamen.
Algemene eigenschappen van boornitridekeramiek
Boornitridekeramiek bezit een breed scala aan eigenschappen die het gebruiksvriendelijk maken en bovendien essentieel voor vrijwel elke industrie. Enkele daarvan zijn:
-
Het heeft een indrukwekkend vermogen om zeer hoge temperaturen en zware belasting te weerstaan.
-
Het lost niet gemakkelijk op door water, zuren of sterke chemicaliën.
-
Het is een goed halfgeleidermateriaal met een brede bandkloof van 10,7 eV.
-
De thermische uitzettingscoëfficiënt bedraagt ongeveer 2,7.
-
Het bezit een uitstekende weerstand tegen slijtage.
-
De bulkmodulus bedraagt ongeveer 400 GPa.
-
Het smeltpunt ligt boven de 2.800°C.
-
Het bezit een sterke warmtecapaciteit van 19,5 J/K.mol.
-
De molaire massa bedraagt 24,82 g/mol.
-
Het heeft een hoge thermische geleidbaarheid van 740 W/mK
-
Het heeft een zeer hoge druksterkte en stabiliteit, waardoor het na siliciumcarbide en aluminium nitride keramiek op de tweede plaats staat.
Productcategorieën van boornitridekeramiek
Boornitride is verkrijgbaar in drie belangrijke vormen en productcategorieën: hexagonaal, wurtziet en kubisch boornitride. Hoewel het om hetzelfde boornitride gaat, zijn er enkele kleine verschillen tussen deze vormen, wat heeft geleid tot de verschillende productcategorieën boornitride die u tegenwoordig op de markt vindt. Hier is een kort overzicht!
Hexagonaal boornitride (Hbn)
Dit wordt beschouwd als een van de beste en meest voorkomende vormen van boornitridekeramiek vanwege de uitstekende stabiliteit, isolerende werking en smerende werking. Het heeft een gelaagde kristalstructuur die geschikt is voor de productie van sterke li-ionbatterijen, processoren en condensatoren voor het paneel van sommige elektronische apparaten. Het ziet er wat wittig uit en is erg glad. Het kan industrieel worden geproduceerd door de chemische verbinding van stikstof/ammoniak (NH3) en boorzuur onder hoge temperaturen.
Enkele van de belangrijkste kenmerken van hexagonaal boornitride zijn:
-
Het heeft een gelaagde structuur die lijkt op die van grafiet.
-
Het is erg hard, maar niet zo hard als kubisch of wurtziet-boornitride.
-
Het heeft een dichtheid van 2,1 g/cm³.
-
Het heeft een zeer hoge thermische geleidbaarheid.
-
Het wordt voornamelijk gebruikt als elektrische isolator of in de industrie als vast smeermiddel.
Kubieke boornitride (CBN)
Dit is een van de hardste keramische materialen die je wereldwijd kunt vinden, en het staat op één na gelijk aan diamant. Het is polykristallijn en wordt vaak borazon genoemd. Het ziet er soms zwart of goudkleurig uit en heeft een structuur die sterk lijkt op die van diamant. Daardoor is het bestand tegen hoge mechanische belasting en extreme temperaturen. Het reageert nauwelijks met andere chemicaliën en roest niet, waardoor veel industrieën het gebruiken voor de productie van stalen snij- en slijpschijven voor machines.
Je kunt Cbn produceren onder hoge temperaturen door hexagonaal boornitride te sinteren onder hoge druk. Enkele van de belangrijkste kenmerken van kubisch boornitride Zijn:
-
Het heeft een kubische structuur die lijkt op een diamant.
-
Het heeft een zeer hoge hardheid, alleen overtroffen door diamant en wurtziet-boornitride.
-
De maximale dichtheid bedraagt 3,48 g/cm³.
-
Het bezit een zeer hoge thermische geleidbaarheid en stabiliteit.
-
Het kan voornamelijk gebruikt worden als schuur- of snijgereedschap.
Wurtzite Boornitride (Wbn)
De wurtzietvorm van boornitride komt minder vaak voor. Het is witachtig van kleur en de hardste van alle drie de productcategorieën boornitride. Een leuk weetje is dat er niet per se extreem hoge temperaturen nodig zijn om het industrieel te produceren. Dankzij de brede bandgap en optische transparantie kan het dienen als een zeer belangrijk onderdeel van optische instrumenten en halfgeleiders.
Enkele van de belangrijkste kenmerken van wurtziet-boornitride zijn:
-
Het is zeer efficiënt in warmteafvoer en thermische geleiding.
-
Het heeft een extreem harde, hexagonale kristalstructuur die lijkt op een diamant.
-
Het is een uitstekende elektrische isolator, net als aluminium-nitridekeramiek.
-
Keramische onderdelen kunnen worden gebruikt bij thermisch beheer en de productie van elektronica met een hoog vermogen.
-
Het beschikt over een zeer goede optische transparantie, waardoor het geschikt is voor andere geavanceerde productiemethoden.
-
Het is duurzaam, stabiel en bestand tegen mechanische spanning.
Toepassingen van boornitridekeramiek
Heb je je ooit afgevraagd: "Waar wordt boornitride voor gebruikt?" Deze sectie helpt je met de antwoorden. Het is een feit dat boornitride in talloze sectoren wordt gebruikt. Hier zijn er een paar:
Elektrische industrie
Toepassingen van boornitride in de elektrotechnische industrie zijn:
-
Productie van efficiënte elektrische isolatoren voor machineonderdelen, afdichtingsringen en hermetische/keramische doorvoeren.
-
Boron nitride keramiek kan worden gebruikt bij de productie van halfgeleidercomponenten, vanwege het lichte gewicht en de indrukwekkende sterkte.
-
Nanotechnologie produceert nu snellere en betrouwbaardere batterijen voor elektrische voertuigen, microprocessoren en koellichamen met boornitride.
-
Elektrotechnici gebruiken boornitridekeramiek als hoofdbestanddeel bij de productie van krachtige elektronica, ledlampen, elektronische panelen voor tv's, computers, MOSFET's en vele andere soortgelijke producten.
Metallurgische industrie
De metallurgische industrie wordt niet vergeten als het gaat om de toepassingen van boornitride. Enkele van deze toepassingen zijn:
-
De productie van vuurvaste materialen die bestand zijn tegen hitte en hoge temperaturen.
-
Boornitride helpt bij het produceren van efficiënte en duurzame keramische onderdelen voor ovenvoeringen.
-
De productie van staven en ovenmaterialen die extreem slijtvast zijn.
-
Boornitridekeramiek is een belangrijk bestanddeel bij de productie van snij- en slijpgereedschappen/-schijven in machineonderdelen.
-
Boornitride wordt gebruikt om thermisch stabiele en sterke metalen behuizingen te produceren.
Auto- en lucht- en ruimtevaartindustrie
Boronnitridekeramiek is ook nuttig in deze belangrijke industrieën. Enkele manieren waarop u ze hier kunt gebruiken zijn:
-
De productie van auto-onderdelen die niet snel slijten.
-
De productie van lucht- en ruimtevaartmotoren of automotoren die niet oververhit raken door een effectieve warmteafvoer.
-
Door duurzame machineonderdelen te produceren, bespaart u op productiekosten.
-
De productie van onderdelen en apparatuur voor de lucht- en ruimtevaart vanwege hun lichte gewicht.
Andere toepassingen van boornitridekeramiek in diverse andere sectoren zijn onder meer:
-
De productie van email wordt gebruikt in tandheelkundige instellingen vanwege zijn vermogen om slijtage te beperken.
-
Productie van laboratoriumkroezen, machinelagers en rotoren.
-
Je kunt zelfs boornitride gebruiken als een goede keramische doorvoer voor hermetische systemen/vacuüms.
-
Boornitride is een essentieel bestanddeel dat door de industrie wordt gebruikt bij de productie van keramische vulstoffen, nanotubes, li-ionbatterijen en vaste smeermiddelen.
-
Het is een goed materiaal dat u kunt gebruiken voor optische instrumenten, cosmetica met een hoge zuiverheidsgraad en glasproductie.
Veelgestelde vragen
Wat onderscheidt hexagonaal boornitride (Hbn) van grafiet?
Hoewel ze er misschien hetzelfde uitzien, is grafiet meer een geleider of halfgeleidermateriaal, terwijl hexagonaal boornitride een elektrische isolator is.
Waarom zijn boornitridekeramieken zo speciaal voor veel fabrikanten?
Het is niet alleen bijzonder omdat het heel betaalbaar is, maar ook omdat het extreem hard is (alleen Diamond is beter), licht van gewicht, thermisch stabiel en elektriciteit efficiënt isoleert.
Heeft boornitride defecten?
Ja, dat klopt. Sommige van deze defecten zijn onzuiverheden die worden veroorzaakt door het productieproces (groeiproces), puntdefect-antisites en zelf-interstitiële structuren.
Conclusie
Boornitridekeramiek ontwikkelt zich vandaag de dag al tot een nuttige, innovatieve uitlaatklep voor nieuwe energie en wereldwijde technologische vooruitgang. Gezien de perfecte combinatie van eigenschappen en veelzijdig gebruik in vele sectoren, zoals de elektrotechnische, metaalverwerkende, lucht- en ruimtevaart- en automobielindustrie, kunnen we gerust stellen dat het een snelgroeiend keramisch materiaal is dat op het punt staat veel industriële producties over te nemen. Geen wonder dat het een wereldwijde omzet van meer dan $130 miljoen per jaar genereert. Dat gezegd hebbende, bent u zeker op de goede weg als u een van deze productcategorieën wilt kopen of erin wilt investeren. U kunt contact opnemen met GGSCeramics om een aantal van de beste BN-producten te bekijken. Wacht niet langer! Dit is het perfecte moment!