Azotek boru (BN) – Właściwości i informacje na temat azotku boru

Atryd boru (BN) jest materiałem syntetycznym, który chociaż odkryty na początku XIX wieku nie został rozwinięty jako materiał handlowy aż do drugiej połowy XX wieku. Bor i azot są sąsiadami węgla w układzie okresowym – w połączeniu bor i azot mają taką samą liczbę elektronów powłoki zewnętrznej – promienie atomowe boru i azotu są podobne do promieni atomowych węgla. Nie jest zatem zaskakujące, że azotek boru i węgiel wykazują podobieństwo w swojej strukturze krystalicznej.

W ten sam sposób, w jaki węgiel istnieje jako grafit i diament, azotek boru może być syntetyzowany w formie heksagonalnej i kubicznej.

Synteza heksagonalnego azotku boru w proszku jest osiągana przez azotowanie lub amonalizację tlenku boru w podwyższonej temperaturze. Sześcienny azotek boru powstaje w wyniku obróbki heksagonalnego BN pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze.

Heksagonalny azotek boru (h-BN) jest odpowiednikiem grafitu (patrz rysunek 1). Podobnie jak grafit, jego mikrostruktura płytowa i warstwowa struktura sieciowa nadaje mu dobre właściwości smarne. h-BN jest odporny na spiekanie i jest zwykle formowany przez prasowanie na gorąco.

Rysunek 1. Proszek h-BN (dzięki uprzejmości Ceram Research Ltd)

Przedstawia on azotek boru sześciokątnego (C-BN) o takiej samej strukturze jak diament, a jego właściwości odzwierciedlają właściwości diamentu. W rzeczywistości C-BN jest drugim najtwardszym materiałem obok diamentu. C-BN został po raz pierwszy zsyntetyzowany w 1957 roku, ale dopiero w ciągu ostatnich 15 lat rozwinęła się jego komercyjna produkcja.

Borazon sześciokątny (h-BN)

H-BN posiada doskonałe właściwości smarne

W stanie sprasowanym na gorąco, h-BN jest łatwo obrabialny przy użyciu konwencjonalnych technik cięcia metalu, dlatego też z kęsów sprasowanych na gorąco można wytwarzać komponenty o złożonych kształtach.

Pod warunkiem, że można zapobiec utlenianiu powierzchni, h-BN nie jest zwilżany przez większość stopionych metali, szkła i soli, a zatem ma wysoką odporność na ataki chemiczne.

Wysoka wytrzymałość na przebicie dielektryczne

Wysoka rezystywność objętościowa

Dobra obojętność chemiczna

Borazonik sześciokątny (C-BN)

C-BN jest drugim najtwardszym znanym materiałem, ustępującym jedynie diamentowi

Wysoka przewodność cieplna

Doskonała odporność na ścieranie

Dobra obojętność chemiczna

Tablica 1. Typowe właściwości heksagonalnego i sześciennego azotku boru.

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.

Tygiel i naczynia reakcyjne

Jego obojętność chemiczna prowadzi do zastosowania go jako osłony termopar, tygli i wykładzin naczyń reakcyjnych, chociaż jak powyżej należy unikać utleniania.

Formy i łodzie parujące

H-BN jest stosowany w postaci sypkiej lub jako powłoka do form ogniotrwałych używanych w formowaniu szkła i w formowaniu superplastycznym tytanu (patrz rysunek 2). Jest on również stosowany jako składnik materiałów kompozytowych, np. kompozytów TiB2/BN do łodzi do odparowywania metali oraz Si3N4/BN do pierścieni łamanych w ciągłym odlewaniu stali (zob. rysunek 3).

Rysunek 2. Tygiel i łódź na stopioną stal (zdjęcie dzięki uprzejmości Ceram Research Ltd)

Rysunek 3. Pierścienie łamane do poziomego ciągłego odlewania stali (zdjęcie dzięki uprzejmości Ceram Research Ltd)

Tłoczenie izostatyczne na gorąco

Jego ogniotrwałość w połączeniu z faktem, że nie jest zwilżany przez roztopione szkło prowadzi do wykorzystania h-BN w produkcji materiałów tłoczonych izostatycznie na gorąco (HIP’ed), w szczególności ceramiki. W tym zastosowaniu wstępnie uformowane części są pokrywane h-BN przed hermetyzacją szkłem i HIP-owaniem. Chroni to części przed kontaktem ze szkłem, co z kolei ułatwia ich usunięcie po procesie HIP’ing.

Narzędzia tnące i materiały ścierne

Narzędzia tnące i elementy ścierne, szczególnie do stosowania z niskowęglowymi metalami żelaznymi, zostały opracowane przy użyciu C-BN. W tym zastosowaniu narzędzia zachowują się podobnie do narzędzi z diamentu polikrystalicznego, ale mogą być używane do obróbki żelaza i stopów niskowęglowych bez ryzyka reakcji.

Podłoża do urządzeń elektronicznych

C-BN jest stosowany do podłoży do montażu elementów elektronicznych o dużej gęstości i mocy, gdzie uzyskana wysoka przewodność cieplna pozwala na skuteczne odprowadzanie ciepła.

Powłoki odporne na zużycie

Dzięki wysokiej twardości i doskonałym właściwościom odpornym na zużycie opracowano powłoki z C-BN.

Cytowania