Nitrid bóru (BN) – vlastnosti a informace o nitridu bóru

Nitrid bóru (BN) je syntetický materiál, který byl sice objeven na počátku 19. století, ale jako komerční materiál byl vyvinut až ve druhé polovině 20. století. Bor a dusík jsou sousedy uhlíku v periodické tabulce – v kombinaci boru a dusíku mají stejný počet elektronů vnějšího obalu – atomové poloměry boru a dusíku jsou podobné jako u uhlíku. Není proto překvapivé, že nitrid boru a uhlík vykazují podobnost ve své krystalové struktuře.

Stejně jako uhlík existuje ve formě grafitu a diamantu, lze nitrid boru syntetizovat v hexagonální a kubické formě.

Syntéza hexagonálního nitridového prášku boru se provádí nitridací nebo amoniakalizací oxidu boritého za zvýšené teploty. Kubický nitrid boru vzniká vysokotlakým a vysokoteplotním zpracováním hexagonálního BN.

Hexagonální nitrid boru (h-BN) je svou strukturou ekvivalentní grafitu (viz obrázek 1). Stejně jako grafit má deskovitou mikrostrukturu a vrstevnatou mřížkovou strukturu, která mu propůjčuje dobré mazací vlastnosti. h-BN je odolný vůči spékání a obvykle se vytváří lisováním za tepla.

Obrázek 1. Prášek h-BN (foto s laskavým svolením společnosti Ceram Research Ltd)

Kubický nitrid boru (C-BN) má stejnou strukturu jako diamant a jeho vlastnosti odrážejí vlastnosti diamantu. Ve skutečnosti je C-BN vedle diamantu druhým nejtvrdším materiálem. C-BN byl poprvé syntetizován v roce 1957, ale teprve v posledních 15 letech se rozvinula komerční výroba C-BN.

Hexagonální nitrid bóru (h-BN)

h-BN má vynikající mazací vlastnosti

V horkém stavu je h-BN snadno obrobitelný běžnými technikami řezání kovů, a proto lze z horkého lisovaného polotovaru vyrábět složité tvarové součásti.

Pokud lze zabránit oxidaci povrchu, h-BN se nesmáčí většinou roztavených kovů, skel a solí, a proto má vysokou odolnost proti chemickému napadení.

Vysoká dielektrická průraznost

Vysoký objemový odpor

Dobrá chemická inertnost

Kubický nitrid bóru (C-BN)

C-BN je druhý nejtvrdší známý materiál, horší než diamant

Vysoká tepelná vodivost

Vynikající odolnost proti opotřebení

Dobrá chemická inertnost

Tabulka 1. Typické vlastnosti hexagonálního a kubického nitridu bóru.

Electrical insulators

The combination of high dielectric breakdown strength and volume resistivity lead to h-BN being used as an electrical insulator however its‘ tendency to oxidise at high temperatures often restrict its use to vacuum and inert atmosphere operation.

Tygly a reakční nádoby

Jeho chemická inertnost vede k použití jako ochranných plášťů termočlánků, kelímků a vyzdívek reakčních nádob, i když, jak je uvedeno výše, je třeba zabránit oxidaci.

Formy a odpařovací čluny

h-BN se používá v sypké formě nebo jako povlak žáruvzdorných forem používaných při tváření skla a při superplastickém tváření titanu (viz obrázek 2). Používá se také jako složka kompozitních materiálů, např. kompozitů TiB2/BN pro odpařovací čluny na kovy a Si3N4/BN pro přerušovací kroužky při kontinuálním lití oceli (viz obrázek 3).

Obr. 2. Kelímek a loďka pro roztavenou ocel (foto s laskavým svolením společnosti Ceram Research Ltd.)

Obrázek 3. Lámací kroužky pro horizontální kontinuální lití oceli (foto s laskavým svolením Ceram Research Ltd)

Horké izostatické lisování

Jeho žáruvzdornost v kombinaci se skutečností, že není smáčen roztaveným sklem, vedla k tomu, že se h-BN používá při výrobě materiálů lisovaných za tepla (HIP’ed), z nichž nejvýznamnější je keramika. V této aplikaci se předlisky před zapouzdřením do skla a HIP’ingem potahují h-BN. Tím se chrání HIP’ed díl před skutečným kontaktem se sklem, což zase usnadňuje jeho odstranění po HIP’ing.

Řezné nástroje a brusiva

Řezné nástroje a brusné komponenty zejména pro použití s nízkouhlíkovými železnými kovy byly vyvinuty s použitím C-BN. V této aplikaci se nástroje chovají podobně jako nástroje z polykrystalického diamantu, ale lze je použít na železo a slitiny s nízkým obsahem uhlíku bez rizika reakce.

Podložky pro elektronická zařízení

C-BN se používá pro podložky pro montáž elektronických součástek s vysokou hustotou a vysokým výkonem, kde dosažená vysoká tepelná vodivost umožňuje účinný odvod tepla.

Povlaky odolné proti opotřebení

Díky vysoké tvrdosti a vynikajícím vlastnostem odolným proti opotřebení byly vyvinuty povlaky z C-BN.

Citace