Giới thiệu
Một vật liệu gốm tiên tiến nổi bật đặc biệt khi thảo luận về khả năng cách điện và dẫn nhiệt là Nitrua Bo. Boron nitride sở hữu rất nhiều đặc tính ấn tượng mà các kỹ sư và nhà sản xuất gốm sứ đều mong muốn. Điều thú vị là công nghệ hiện nay đã giúp bạn dễ dàng tối đa hóa tất cả các đặc tính tuyệt vời của boron nitride. Vậy, nếu bạn đang tự hỏi, mình có thể làm gì với boron nitride này? Hoặc boron nitride còn được sử dụng để làm gì ngoài cách điện và dẫn nhiệt? Vậy thì bài viết hôm nay sẽ rất hữu ích để giải thích các ứng dụng của nó và lý do tại sao nó lại trở nên quan trọng đối với các ngành công nghiệp sản xuất trên toàn cầu. Tại đây, bạn cũng sẽ tìm hiểu về các cách khác nhau mà các ngành công nghiệp sản xuất boron nitride. Bắt đầu thôi!
Boron Nitride là gì?
Boron Nitride (BN) là một hợp chất tinh thể dạng bột được hình thành từ quá trình kết hợp công nghiệp giữa boron và nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao. Nó không màu và cực kỳ cứng với cấu trúc tinh thể ấn tượng được liên kết cộng hóa trị. Hầu hết các nhà giao dịch đều trìu mến gọi nó là than chì trắng do những đặc tính gần giống với than chì, đặc biệt là về khả năng bôi trơn. Độ cứng và độ ổn định nhiệt của boron nitride gần giống với kim cương và silicon carbide.
Bạn có thể tìm thấy nhiều dạng khác nhau của nó trên thị trường gốm sứ. Các dạng như boron nitride lục giác (Hbn) và boron nitride lập phương (CBN) là hai loại phổ biến nhất. Tuy nhiên, hầu hết các nhà sản xuất có xu hướng sử dụng boron nitride lục giác trong đúc kim loại và công nghệ nano do tính tương đồng với than chì, độ ổn định độc đáo, ma sát thấp và khả năng tản nhiệt tuyệt vời. Trong khi đó, boron nitride lập phương cũng là một lựa chọn rất đáng cân nhắc nhờ độ cứng vượt trội. Do đó, một ứng dụng quan trọng của boron nitride lập phương là sản xuất dụng cụ cắt gọt cao cấp.
Nhìn chung, boron nitride được biết đến với độ bền cao, trọng lượng nhẹ và khả năng chống gỉ sét, chịu nhiệt độ cao, chống mài mòn và chống rách tuyệt vời. Đây là vật liệu gốm chịu lửa cao được nhiều ngành công nghiệp sản xuất sử dụng nhờ tính ổn định nhiệt. Họ chủ yếu sử dụng boron nitride ở dạng bột. (bột boron nitride) để sản xuất vật liệu và thiết bị chịu nhiệt độ cao. Một số sản phẩm này bao gồm: thủy tinh, tản nhiệt, đèn LED, chất bôi trơn rắn, lò điện, phụ tùng thay thế dùng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, lò sưởi và nồi nấu kim loại dùng trong phòng thí nghiệm hoặc nhà máy sản xuất, v.v. Một cách họ đạt được điều này với bột bo nitrua là thiêu kết nó ở nhiệt độ cao và áp suất chân không trong một khoảng thời gian nhất định tùy thuộc vào số lượng sản xuất.
Tính chất của Nitride Bo
Một số tính chất thú vị của bo nitrua là:
-
Nó không tan trong nước
-
Nó có khả năng chống chịu cao với nhiệt độ khắc nghiệt, axit và các hóa chất mạnh khác.
-
Nó có độ cứng núm khoảng 45 GPa.
-
Dạng nitrua bo lục giác có mật độ là 3,45 g/cm³ trong khi dạng nitrua lập phương có mật độ giảm nhẹ là 2,1 g/cm³
-
Nó có độ linh động electron là 200 cm²/V. S
-
Nó có chiết suất đạt khoảng 2,1
-
Nó có điểm nóng chảy rất cao, khoảng 2.900°C
-
Nó có nhiệt dung riêng là 19,7 J/K.mol
-
Ở ngưỡng nhiệt độ khoảng 1.400 - 1.500°C, Hbn phản ứng tốt với các chất rắn như Sắt (Fe), Niken (Ni) và Coban (Co)
-
Nó có khối lượng mol là 24,82 g/mol
-
Nó có khoảng cách băng tần tối đa là 10,7 eV
-
Nó có hệ số giãn nở nhiệt khoảng 2,7
-
Nó có độ dẫn nhiệt cao là 740 W/mK
-
Nó có mô đun khối là 400 GPa
-
Đây là chất mài mòn rắn có khả năng chống mài mòn cao.
Ứng dụng công nghiệp của Bo Nitride
Boron nitride được sử dụng để làm gì? Sự thật là boron nitride có thể được sử dụng cho rất nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Một số ứng dụng bao gồm:
-
Sản xuất lớp lót và các bộ phận của lò nung nhiệt độ cao.
-
Công nghệ nano sử dụng bột boron nitride để sản xuất các ống nano có độ chính xác cao dùng làm chất độn gốm.
-
Sản xuất các thiết bị gia nhiệt hiệu suất cao như lò điện, máy sưởi và bộ tản nhiệt.
-
Kỹ thuật y sinh và y học sử dụng nó để chụp ảnh sinh học và sản xuất thuốc hóa trị liệu dùng trong chẩn đoán một số bệnh.
-
Các ngành công nghiệp điện sử dụng boron nitride để sản xuất một số linh kiện điện tốt nhất và chất cách điện có sẵn ngày nay do không có electron tự do trong cấu trúc tinh thể.
-
Một số dụng cụ cắt và mài do ngành công nghiệp luyện kim sản xuất mà bạn thấy ngày nay sử dụng bột bo nitrua do đặc tính chống mài mòn của chúng.
-
Boron nitride có thể giúp bạn sản xuất MOSFET, hệ thống chân không, thiết bị điện tử công suất, pin li-ion mạnh và đèn LED.
-
Các công ty sản xuất sử dụng bo nitrua để sản xuất máy công nghiệp nặng dùng trong ép phun, đúc kim loại, nồi nấu kim loại và thủy tinh.
-
Bột nitride boron (Hbn) là một dạng chất bôi trơn rắn được sử dụng trong máy móc sản xuất và nghiên cứu ma sát.
-
Bột boron nitride có thể giúp bạn phủ lên hầu hết mọi loại vật liệu và có độ bền đủ lâu mà không bị gỉ.
-
Nitride bo lục giác được sử dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm để sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm có độ tinh khiết cao.
Quy trình sản xuất Nitride Bo
Bất kỳ quy trình sản xuất boron nitride độ tinh khiết cao nào cũng đều là quy trình hiệu quả về chi phí. Do boron nitride đôi khi phản ứng kém với quá trình thiêu kết, nó có thể đặt ra một số thách thức kỹ thuật, đặc biệt là khi cố gắng duy trì tính đồng nhất trong sản xuất quy mô lớn. Tuy nhiên, sau đây là bốn quy trình sản xuất boron nitride chính mà bạn có thể lựa chọn:
-
Lắng đọng hơi hóa học (CVD):
Một trong những quy trình sản xuất boron phổ biến nhất là lắng đọng hơi hóa học. Đây là một phương pháp linh hoạt có thể giúp bạn sản xuất bột boron nitride có độ tinh khiết cao. Trong quy trình này, các tiền chất từ boron và nitơ như amoniac borane được bốc hơi bằng dây tóc nóng. Sản phẩm thu được từ quá trình bốc hơi này được phản ứng với một chất nền tinh khiết để tạo ra boron nitride. Bạn có thể sử dụng các loại chất nền khác nhau tùy thuộc vào độ dày hoặc độ nhám mong muốn. Mặc dù quy trình sản xuất boron này rất tốn kém, nhưng nó có thể dễ dàng giúp bạn tổng hợp các màng/chất nền có khuyết tật.
-
Lắng đọng hơi vật lý (PVD):
Bạn cũng có thể tổng hợp boron nitride bằng phương pháp này. Phương pháp này ít tốn kém và đơn giản hơn so với CVD. Ở đây, tất cả những gì bạn cần làm là bắn phá các ion vào mục tiêu boron nitride, sau đó dẫn đến sự phóng thích tự động các nguyên tử va chạm với bề mặt mục tiêu boron nitride. Quy trình này giống như quá trình bay hơi, sau đó, bạn có thể nung nóng các nguyên tử bị phóng ra này (ở nhiệt độ cao) trên bất kỳ chất nền nào bạn chọn, tốt nhất là chất nền silicon cho đến khi chúng bay hơi. Sau đó, lấy một màng mỏng và lắng đọng boron nitride thu được. Thách thức kỹ thuật lớn nhất ở đây là kiểm soát màng boron nitride lắng đọng. Tuy nhiên, bạn vẫn có thể thu được boron nitride có độ tinh khiết cao từ quy trình này.
-
Phương pháp Sol-Gel:
Quá trình sản xuất sol-gel boron nitride chủ yếu được sử dụng ở quy mô nhỏ sản xuất Bn vì nó có thể tốn thời gian. Nó bao gồm việc trộn các tiền chất vô cơ, hoặc trong một số trường hợp là tiền chất hữu cơ của nitơ và bo vào dung dịch, sau đó thủy phân cho đến khi thu được hỗn dịch hạt keo lỏng. Tiếp theo, thêm axit citric để tạo gel rồi làm bay hơi dung môi. Với kỹ thuật phủ quay hoặc phủ nhúng, bạn có thể thu được màng bo nitrua mỏng từ dung dịch gel này. Phương pháp này không tốn kém và được sử dụng rộng rãi như CVD hoặc PVD, nhưng vẫn là một quy trình đáng tin cậy để sản xuất các hạt nano bo nitrua chất lượng cao. Quá trình bay hơi có thể mất đến một hoặc hai ngày. Vì vậy, đối với những người không vội vàng và cũng không muốn chi tiêu quá nhiều, đây là một quy trình sản xuất bo rất phù hợp mà bạn có thể tận dụng.
-
Tổng hợp thủy nhiệt:
Phương pháp này đòi hỏi nhiệt độ và áp suất rất cao. Do đó, nó có thể nguy hiểm do khả năng nổ nếu không được kiểm soát đúng cách. Ở đây, bạn sẽ cần dung dịch nitơ và hợp chất bo tinh khiết trong bình phản ứng thủy nhiệt chứa các ion kim loại. Tuy nhiên, bạn phải đảm bảo dung dịch đã được đun nóng và nén áp suất trước khi đặt vào bình thủy nhiệt đã được đậy kín hoàn toàn trong tối đa 24 giờ. Thêm các thuốc thử giúp tăng tốc độ phản ứng và duy trì độ pH ổn định. Khoảng nhiệt độ tốt nhất để sử dụng trong phương pháp này là 250°C hoặc thấp hơn. Sau khi các phản ứng cần thiết diễn ra, bạn sẽ thu được các kết tủa bo nitrua dài, phẳng, kích thước nano.
Những câu hỏi thường gặp
Dạng boron nitride nào tốt nhất?
Các dạng nitride bo tốt nhất là loại nitride bo dạng lập phương và lục giác.
Nitrua bo lục giác có thể được sản xuất công nghiệp ở nhiệt độ nào?
Nitrua bo lục giác có thể được sản xuất công nghiệp ở nhiệt độ cao, lên tới hơn 900°C. Điều này giúp chúng có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt.
Tại sao boron nitride được coi là một trong những vật liệu gốm tốt nhất để cách điện?
Bo nitrua được coi là một trong những chất cách điện tốt nhất vì nó có cấu trúc phức tạp, không có hạt mang điện tự do hoặc electron tự do.
Tại sao lại bổ sung boron nitride?
Một số nhà sản xuất đã pha tạp boron nitride vì họ muốn cải thiện một số tính chất từ tính, điện tử và hấp phụ của nó. Ví dụ về các tạp chất này là phốt pho, oxy, sắt (Fe), cacbon, v.v.
Phần kết luận
Tầm quan trọng của Boron Nitride đối với rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành công nghiệp điện và luyện kim, là không thể phủ nhận. Cho đến nay, bạn đã thấy một số đặc tính được săn đón nhất, từ khả năng cách điện đến khả năng chịu nhiệt độ cao. Cho dù đó là trong sản xuất dụng cụ cắt chính xác cao, máy móc và thiết bị chịu nhiệt độ cao và chống mài mòn, Boron Nitride đều đáp ứng được. Nó cũng có khả năng xử lý bất kỳ phương pháp sản xuất nào bạn chọn. Cập nhật nhanh cho bạn; Thị trường Boron Nitride toàn cầu đang tăng trưởng với tốc độ rất nhanh. Vì vậy, hãy nhanh chóng đặt hàng ngay bây giờ tại GGSGốm sứ, chúng tôi cung cấp một số sản phẩm boron nitride tốt nhất.