Nitruro de boro (BN) – Propiedades e información sobre el nitruro de boro

El nitruro de boro (BN) es un material sintético, que aunque se descubrió a principios del siglo XIX no se desarrolló como material comercial hasta la segunda mitad del siglo XX. El boro y el nitrógeno son vecinos del carbono en la tabla periódica -en combinación, el boro y el nitrógeno tienen el mismo número de electrones de la capa exterior- y los radios atómicos del boro y el nitrógeno son similares a los del carbono. Por lo tanto, no es sorprendente que el nitruro de boro y el carbono presenten similitudes en su estructura cristalina.

De la misma manera que el carbono existe como grafito y diamante, el nitruro de boro puede sintetizarse en formas hexagonales y cúbicas.

La síntesis del polvo de nitruro de boro hexagonal se consigue por nitridación o amonálisis del óxido bórico a temperatura elevada. El nitruro de boro cúbico se forma por tratamiento a alta presión y alta temperatura del BN hexagonal.

El nitruro de boro hexagonal (h-BN) es el equivalente en estructura del grafito (ver figura 1). Al igual que el grafito, su microestructura en forma de placa y su estructura reticular en capas le confieren buenas propiedades lubricantes. El h-BN es resistente a la sinterización y suele formarse mediante prensado en caliente.

Figura 1. Polvo de h-BN (foto cortesía de Ceram Research Ltd)

El nitruro de boro cúbico (C-BN) tiene la misma estructura que el diamante y sus propiedades reflejan las del diamante. De hecho, el C-BN es el segundo material más duro después del diamante. El C-BN se sintetizó por primera vez en 1957, pero sólo en los últimos 15 años se ha desarrollado la producción comercial de C-BN.

Nitruro de boro hexagonal (h-BN)

El h-BN tiene excelentes propiedades lubricantes

En el estado de prensado en caliente, el h-BN se puede mecanizar fácilmente utilizando técnicas convencionales de corte de metales, por lo que se pueden fabricar componentes de formas complejas a partir de tochos prensados en caliente.

Si se evita la oxidación de la superficie, el h-BN no es mojado por la mayoría de los metales fundidos, vidrios y sales y, por lo tanto, tiene una alta resistencia al ataque químico.

Alta resistencia a la ruptura dieléctrica

Alta resistividad volumétrica

Buena inercia química

Nitruro de Boro Cúbico (C-BN)

El C-BN es el segundo material más duro conocido, sólo inferior al diamante

Alta conductividad térmica

Excelente resistencia al desgaste

Buena inercia química

Tabla 1. Propiedades típicas del nitruro de boro hexagonal y cúbico.

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.

Crucibles y recipientes de reacción

Su inercia química hace que se aplique como vainas de protección de termopares, crisoles y revestimientos de recipientes de reacción, aunque, como ya se ha dicho, debe evitarse la oxidación.

Moldes y botes de evaporación

El h-BN se utiliza a granel o como revestimiento de moldes refractarios utilizados en la conformación de vidrio y en la conformación superplástica de titanio (véase la figura 2). También se utiliza como constituyente en materiales compuestos, por ejemplo, compuestos de TiB2/BN para barcos de evaporación de metales, y Si3N4/BN para anillos de rotura en la colada continua de acero (véase la figura 3).

Figura 2. Crisol y bote para el acero fundido (foto cortesía de Ceram Research Ltd)

Figura 3. Anillos de rotura para colada continua horizontal de acero (foto por cortesía de Ceram Research Ltd)

Prensado isostático en caliente

Su refractariedad, combinada con el hecho de que no se moja con el vidrio fundido, hace que el h-BN se utilice en la producción de material prensado isostáticamente en caliente (HIP’ed), sobre todo cerámica. En esta aplicación, las piezas preformadas se recubren con h-BN antes de encapsularlas en vidrio y someterlas a HIP. Esto evita que la pieza que se somete a HIP entre en contacto con el vidrio, lo que a su vez facilita su retirada tras el HIP.

Herramientas de corte y abrasivos

Se han desarrollado herramientas de corte y componentes abrasivos especialmente para su uso con metales ferrosos de bajo contenido en carbono utilizando C-BN. En esta aplicación, las herramientas se comportan de manera similar a las herramientas de diamante policristalino, pero pueden utilizarse en hierro y aleaciones de bajo carbono sin riesgo de reacción.

Sustratos para dispositivos electrónicos

El C-BN se utiliza en sustratos para el montaje de componentes electrónicos de alta densidad y potencia, donde la alta conductividad térmica conseguida permite una disipación eficiente del calor.

Recubrimientos resistentes al desgaste

Debido a su alta dureza y excelentes propiedades de resistencia al desgaste, se han desarrollado recubrimientos de C-BN.

Citaciones