Introdução
O nitreto de boro pirolítico (PBN) e a grafite pirolítica (PG) têm se destacado quando se trata da funcionalidade de aplicações de alta temperatura. Isso porque foram identificados como os mais eficazes. materiais refratários para altas temperaturas. Neste artigo, você aprenderá sobre PBN e PG, suas diferenças, suas aplicações práticas e como o negócio pode ser viável se você tiver interesse na área.
Diferença entre nitreto de boro pirolítico (PBN) e grafite pirolítico (PG)
PBN/PG
O nitreto de boro pirolítico é um material cerâmico de alta qualidade produzido por deposição química de vapor. Às vezes, é chamado de nitreto de boro depositado por vapor químico – mais comumente representado como PBN. Por outro lado, a grafite pirolítica é uma grafite especial produzida pela decomposição de gás hidrocarboneto a temperaturas extremamente altas em um forno a vácuo.
Aparência, Força e Outras Propriedades
O PBN apresenta aparência laranja ou marfim. A densidade do material é de 2,15 g/cm³ e a superfície é muito lisa, sem poros. O composto é inodoro e possui uma estrutura escorregadia. Além disso, a resistência à tração que define este material refratário é de 153,84 N/mm² e seu módulo de elasticidade é de 235.690 N/mm², apresentando uma rigidez dielétrica de 56 kV/mm² à temperatura ambiente. O compósito cerâmico não trinca facilmente com mudanças de temperatura devido à sua adequada resistência ao choque térmico.
Além disso, a resistência do PBN aumenta com o aumento da temperatura até atingir 2.473 °K. Quando a temperatura sobe para 3.273 °K, o composto pirolítico de nitreto de boro se desintegra em boro e nitreto.
Fig 1: Nitreto de boro pirolítico (PBN)
O PG tem aparência sólida preta e pode apresentar-se na forma de disco, folha ou placa. Possui resistência à tração máxima de 200 MPa. Além disso, sua densidade varia entre 1,30 e 2,265 g/cm³. Também possui condutividade térmica perpendicular de 80 W/m·K.
Além disso, o PG pode suportar expansão térmica de até 20 µm/m·°C. Sua resistividade elétrica perpendicular varia entre 0,15 e 0,25 Ω·cm. Assim, sua resistência máxima à compressão, flexão e tração aumenta com o aumento da temperatura.
Fig. 2: Grafite pirolítico (PG)
Aplicação de nitreto de boro pirolítico (PBN) e grafite pirolítico em ambientes de alta temperatura
Eletrônica de alta potência
O PBN é composto por nanocompósitos de matriz cerâmica, o que o torna ideal para isolamento elétrico. Isso permite que funcione em altas temperaturas sem sofrer degradação. Portanto, são ideais para garantir a estabilidade da geração extrema de energia térmica.
Por outro lado, a função do PG na eletrônica de alta energia é a de um dissipador de calor. Ele dissipa efetivamente o calor gerado pelos componentes elétricos, garantindo confiabilidade e funcionalidade prolongadas.
Fabricação de semicondutores
PBN e PG também desempenham um papel significativo na indústria de semicondutores. O crescimento cristalino em semicondutores é aprimorado usando um Cadinho PBN devido às suas propriedades puras e à capacidade de garantir estabilidade térmica. Isso permite que os componentes eletrônicos tenham um desempenho ideal devido à ausência de contaminação.
O aquecimento uniforme no processo de fabricação de wafers de semicondutores é a função da grafite pirolítica altamente orientada (HOP). É essa função que garante o processo de fabricação de semicondutores.
Fig 3: Cadinho PBN
Componentes do Reator Nuclear
O material cerâmico refratário presente em PBN e PG permite que eles resistam a radiação e calor extremos. O PG, em particular, possui um alto nível de estabilidade, tornando-o um material adequado para o projeto de núcleos de reatores. Em contraste, as propriedades de isolamento térmico e estabilidade química do PBN garantem a segurança e a eficiência dos componentes do reator.
Engenharia Aeroespacial
Os compósitos cerâmicos de nitreto de boro pirolítico e grafite pirolítico altamente ordenado permitem que eles resistam a temperaturas extremamente altas. Daí a razão pela qual constituem os materiais utilizados no projeto de naves espaciais. São os materiais de revestimento refratário integrados por engenheiros aeroespaciais em naves espaciais para facilitar o funcionamento perfeito durante o voo e a reentrada.
Em particular, o PG é composto por compósitos CMC que reforçam sua capacidade de condução térmica. Isso permite que funcionem como escudos térmicos para dissipar o calor e proteger componentes sensíveis da espaçonave.
O PBN compreende propriedades refratárias e cerâmicas que permitem estabilidade química e isolamento térmico, protegendo os componentes da espaçonave contra corrosão e altas temperaturas.
Medicamento
PBN e PG formam os componentes de aplicações utilizadas na área médica, especialmente para aplicações de esterilização em altas temperaturas. O PBN é usado especificamente nessas aplicações para proporcionar estabilidade térmica e biocompatibilidade. Essa estabilidade térmica permite a produção de implantes médicos que podem sobreviver a condições intensas sem serem mordentes.
Aplicações de micro-ondas e RF
A estabilidade térmica e as propriedades de isolamento do PBN permitem que ele funcione como componente de janelas e substratos em micro-ondas. Onde micro-ondas são utilizadas em altas temperaturas, o material cerâmico do corpo do PBN proporciona eficiência.
A grafite pirolítica pode dissipar calor com eficiência em dispositivos de RF e garantir seu funcionamento eficiente. Em grande parte, os dispositivos de RF podem ter um desempenho ideal devido à grafite pirolítica altamente ordenada (hopg).
O negócio lucrativo de PGN e PG
O nitreto de boro pirolítico (PBN) e a grafite pirolítica (PG) apresentam enorme potencial para grandes inovações em diversos setores lucrativos. Por exemplo, atuar no setor de PBN e PG lhe dá uma vantagem no setor elétrico. Isso se deve ao crescente interesse por elementos de aquecimento compostos de PBN-PG.
Os elementos de aquecimento compostos de PBN-PG são muito duráveis. A deposição química de vapor (CVD) é usada para depositar PG nos elementos de PBN, criando cerâmicas duráveis usadas em semicondutores. Esses semicondutores são componentes de microchips em laptops, celulares, robôs, etc. Isso significa que os elementos de aquecimento compostos de PBN-PG estão em alta demanda.
Se você deseja se aventurar neste negócio, certamente terá grande lucro e crescimento. Os elementos de aquecimento compostos de PBN-PG oferecem opções mais eficientes para engenheiros, especialmente fabricantes de laptops, celulares, tablets, etc., permitindo-lhes criar produtos que dissipam calor facilmente.
Fig 4: Elemento de aquecimento composto PBN-PG
O PBN é um componente ideal para anéis de ruptura em máquinas de fundição horizontal. Se você também precisa de um isolante para um forno de alta temperatura, o ideal é usar PBN. Eles também funcionam como isolantes elétricos para sistemas de vácuo.
Além disso, a grafite pirolítica altamente orientada (HOPG) é utilizada em espectrometria de raios X – é um componente dispersivo em espectrômetros HOPG. Fabricantes da indústria de plásticos utilizam PG para reforçar produtos plásticos, e ela também desempenha um papel na indústria automotiva, aplicando um certo nível de atrito entre dois componentes.
Perguntas Frequentes (FAQs)
Qual é a principal distinção entre nitreto de boro pirolítico (PBN) e grafite pirolítico (PG)?
A principal diferença entre PBN e PG reside em sua composição. O PG possui uma condutividade térmica significativamente maior que o PBN – o PG é um condutor elétrico, enquanto o PBN é um isolante. Devido a essas propriedades, o PBN é mais eficiente em termos de alta resistência térmica.
O que é um material refratário?
Um material refratário nada mais é do que um isolante térmico. São materiais com propriedades que os permitem suportar temperaturas extremamente altas. São também altamente resistentes a ataques químicos e choques.
Conclusão
O nitreto de boro pirolítico e a grafite pirolítica estão avançando a passos largos nas indústrias eletrônica e aeroespacial. Em particular, o PBN garante resistência térmica, protegendo componentes de dispositivos de alta temperatura contra danos causados por altas temperaturas. O PG dissipa o calor em componentes elétricos.