Introdução
Nitreto de boro pirolítico (PBN) e grafite pirolítico (PG) têm se destacado quando se trata da funcionalidade de aplicações em altas temperaturas. Isso ocorre porque são muito eficientes. materiais refratários. Neste artigo, você aprenderá sobre PBN e PG, suas diferenças, aplicações no mundo real e quão lucrativo o negócio é caso você queira investir.
Diferença entre nitreto de boro pirolítico (PBN) e grafite pirolítico (PG)
O nitreto de boro pirolítico é um material cerâmico de alta pureza produzido por deposição química de vapor. É inodoro e possui uma estrutura cristalina hexagonal, o que o torna facilmente confundido com grafite. Seu nome comercial é PBN. O nitreto de boro pirolítico é uma das formas mais fortes e puras de nitreto de boro (com pureza de cerca de 99,9%). Isso se deve à estrutura anisotrópica compacta e ao intenso calor a que é submetido durante sua produção.
Grafite pirolítico é um grafite especial produzido pela decomposição de gás hidrocarboneto em temperaturas extremamente altas em um forno a vácuo.
Características do nitreto de boro pirolítico e da grafita pirolítica
O PBN tem uma aparência predominantemente alaranjada ou esbranquiçada, com densidade de 2,15 g/cm³. A superfície é lisa e sem poros. A resistência à tração do PBN é de impressionantes 153,84 N/mm² e seu módulo de elasticidade é de 235.690 N/mm². Possui rigidez dielétrica de 56 kV/mm e altíssima resistência ao choque térmico, o que o torna capaz de suportar tensões mecânicas.
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 de nitreto de boro pirolítico se desintegra em boro e nitreto. O nitreto de boro pirolítico possui um baixo coeficiente de expansão (2,1 x 10-6 °C), o que o mantém estável mesmo sob temperaturas e pressões extremas.
Além disso, o fato de ser quimicamente inerte significa que não enferruja facilmente. Por quê? É suficientemente capaz de resistir a ataques de produtos químicos ou ácidos.
Fig 1: Nitreto de boro pirolítico (PBN)
PG é um sólido preto que ocorre principalmente na forma de disco, folha ou placa. Possui uma resistência à tração máxima de 200 MPa. Sua densidade varia entre 1,30 e 2,265 g/cm³. Também possui uma 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)
Aplicações 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 e permite que seja estável e funcione eficazmente em altas temperaturas. Isso também significa que o PBN pode ajudar você a produzir wafers de alta resistência para qualquer dispositivo de eletrônica de potência que exija altas temperaturas.
O grafite pirolítico tende a atuar mais como um dissipador de calor eficiente em eletrônicos de alta energia que vemos hoje. Ele pode fazer com que seus equipamentos e gadgets durem mais sem superaquecer. A PBN também pode ajudar você a fabricar displays OLED e luzes LED para eletrônicos.
Fabricação de semicondutores
PBN e PG também desempenham um papel significativo na indústria de semicondutores. O crescimento cristalino e a dissipação eficiente de calor em semicondutores são aprimorados com o uso de 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 (HOPG). 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 revestimentos refratários de máquinas aeroespaciais, aviões e jatos fazem uso de materiais de nitreto de boro pirolítico porque eles tendem a facilitar o funcionamento perfeito durante o voo e a reentrada.
Em particular, o PG é composto de compostos CMC que reforçam sua capacidade de condução térmica, o que o torna um bom escudo térmico para componentes sensíveis de espaçonaves.
Medicamento
A maioria dos equipamentos utilizados em esterilização utiliza componentes feitos de PBN e PG devido à estabilidade térmica que proporcionam, bem como à sua natureza biocompatível. 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 atue como componente principal de janelas e substratos em micro-ondas. O grafite pirolítico altamente ordenado (HOPG) também pode dissipar calor com eficiência em dispositivos de RF e fazê-los funcionar em um nível ideal.
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 ou sistema de vácuo, seria melhor usar PBN.
Além disso, a grafite pirolítica altamente orientada (HOPG) é utilizada em espectrometria de raios X como componente dispersivo. Fabricantes da indústria plástica utilizam PG para reforçar produtos plásticos. O PBN também desempenha um papel fundamental na indústria automotiva devido à sua eficaz resistência ao desgaste, pois ajuda a aumentar a longevidade de peças de reposição ou até mesmo de motores, reduzindo o desgaste por atrito.
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.