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Ceramica al nitruro di boro (BN）)

Ceramica al nitruro di boro (BN）)

Nitruro di boro (BN) Ceramica : Proprietà, tipi e applicazioni spiegate
Il nitruro di boro (BN) è un composto formato da parti uguali di azoto (N) e boro (B), con la formula chimica BN. In base alla sua struttura cristallina, il BN è classificato in quattro forme: nitruro di boro esagonale (h-BN), nitruro di boro cubico (c-BN), nitruro di boro romboedrico (r-BN), nitruro di boro wurtzite (w-BN), nitruro di boro pirolitico (PBN) e nitruro di boro conduttivo (TiB2-BN). La presente trattazione si concentra principalmente sul nitruro di boro esagonale (h-BN) e sul nitruro di boro conduttivo (TiB2-BN), mentre gli altri tre tipi vengono brevemente introdotti.

Questa immagine mostra le strutture cristalline delle quattro forme principali di nitruro di boro (BN).

Immagine Fonte: "Bemerkungen über die Bildung von Verbindungen des Bors und Siliciums mit Stickstoff und gewissen Metallen" di W. H. Balmain.

Nitruro di boro esagonale (h-BN): La "grafite bianca"

Il nitruro di boro esagonale (h-BN), chiamato anche α-BN o BN grafitico (g-BN), è strutturalmente simile alla grafite, ma si presenta come un materiale bianco avorio, tanto da meritare il soprannome di "grafite bianca". È una ceramica chiave per l'ingegneria con caratteristiche uniche:

(a) Struttura della grafite; (b) Struttura dell'h-BN; (c) Vista dall'alto della grafite; (d) Vista dall'alto dell'h-BN.

Proprietà chiave di nitruro di boro h-BN

  • Struttura cristallinaL'h-BN presenta una struttura stratificata con atomi di boro e azoto disposti alternativamente in schemi esagonali attraverso l'ibridazione sp². Questi strati si impilano lungo l'asse C in uno schema ABAB, con forti legami covalenti all'interno degli strati e forze di van der Waals più deboli tra di essi.
  • Prestazioni: Offre autolubrificazione, eccellente isolamento elettrico, elevata conducibilità termica, resistenza alla corrosione chimica e facilità di lavorazione.

 

Tabella delle proprietà della ceramica al nitruro di boro (b-BN)

Modello di prodotto W-BN-H W-BN-99 W-BN-A W-BN-B W-BN-C W-BN-D W-BN-E W-BN-S
Composizione BN > 99,7% BN > 99% BN + Al + Si BN + Zr + Al BN + SiC BN + ZrO2 BN + AlN BN + SiN
Colore Bianco Bianco Bianco Bianco Grigio-verde Bianco Grigio-verde Grigio scuro
Densità (g/cm³) 1.50 - 1.60 1.95 - 2.05 2.20 - 2.30 2.25 - 2.35 2.40 - 2.50 2.75 - 2.85 2.75 - 2.85 2.20 - 2.30
Resistività elettrica (Ω-cm) > 10¹⁴ > 10¹⁴ > 10¹³ > 10¹² > 10¹² > 10¹³ > 10¹³ > 10¹³
Temperatura massima di utilizzo in aria (℃) 900 900 1000 1000 1000 1300 1000 1000
Temperatura massima di utilizzo in ambiente inerte (℃) 2100 2100 2000 1800 1800 1800 1800 1800
Temperatura massima di utilizzo nel vuoto (℃) 1900 1900 1750 1500 1500 1800 1500 1800
Resistenza alla flessione (Mpa) 18 30 60 85 85 100 120 220
Resistenza alla compressione (Mpa) 25 45 145 145 150 220 220 400
Espansione termica (25°C - 1000°C) (10^-6/K) 1.5 1.8 2 2 2.8 3.5 2.8 2.8
Conduttività termica (W/mK) 35 40 35 30 30 45 35 55
Durezza HSD 12 18 40 45 45 40 40 45
Applicazioni Vuoto ad alta temperatura Vuoto ad alta temperatura Metallurgia delle polveri Metallurgia delle polveri Metallurgia delle polveri Fusione di metalli Metallurgia delle polveri Metallurgia delle polveri
Isolatori per forni ad alta temperatura √ √
Crogioli per l'evaporazione dei metalli √ √
Parti per la fusione di metalli o vetro √ √ √ √ √ √ √ √
Stampi per fusione di metalli o leghe √ √ √ √ √ √
Parti di supporto per alte temperature √ √ √ √ √ √
Tubi o ugelli di trasporto per la fusione del metallo √ √ √ √ √ √

*I valori rappresentano le proprietà tipiche del materiale e possono variare a seconda della configurazione del prodotto e del processo di produzione,
Per ulteriori informazioni, non esitate a contattateci.

Tre tipi di materiale ceramico al nitruro di boro:


Nitruro di boro h-BN

Nitruro di boro pirolitico (PBN)

Nitruro di boro conduttivo (TiB2-BN)

Il nitruro di boro pirolitico (PBN), noto anche come nitruro di boro depositato da vapore chimico (CVD-BN), è una forma di nitruro di boro di elevata purezza prodotta mediante deposizione da vapore chimico (CVD). Questo processo prevede la pirolisi ad alta temperatura di alogenuri di boro e ammoniaca in un ambiente sotto vuoto.

Proprietà di PBN Ceramica

proprietà Unità Valore
Densità g/cm³ 2.1
Impurità metalliche totali ppm ≤10
punto di fusione ℃ Non
Resistività elettrica Ω.cm 1014-1015
CTE (coefficiente di espansione termica) μm/m-K 2
Rigidità dielettrica Kv/mm 55
Conduttività termica (1000℃）) w/mk 51
Durezza Mohs 4
resistenza alla flessione Mpa 240
Resistenza allo snervamento Mpa 81

Pur presentando analogie con il nitruro di boro esagonale (h-BN), il PBN contiene anche un certo grado di struttura turbostratica. Uno dei suoi vantaggi principali è la purezza eccezionalmente elevata, che raggiunge il 99,99% o superiore.
A differenza del nitruro di boro (BN) convenzionale pressato a caldo, il PBN non richiede la sinterizzazione o l'aggiunta di leganti. Al contrario, viene depositato direttamente in fogli sottili o formato in forme complesse come tubi PBN, anelli PBN e contenitori a parete sottile PBN (crogiolo PBN）).

Come rendere conduttiva la ceramica al nitruro di boro？
Il nitruro di boro conduttivo (TiB2-BN), noto anche come nitruro di boro nero, è un materiale composito ottenuto aggiungendo riempitivi conduttivi, come il TiB2, ai tradizionali materiali di nitruro di boro (solitamente nitruro di boro esagonale, h-BN). Poiché il nitruro di boro è di per sé un materiale isolante, questa forma composita di nitruro di boro (h-BN) combina le eccellenti proprietà del nitruro di boro (come la stabilità alle alte temperature, l'inerzia chimica e la lubrificazione superiore) con la conduttività elettrica.


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