Nitrură de bor (BN) – Proprietăți și informații despre nitrură de bor

Nitrură de bor (BN) este un material sintetic, care, deși a fost descoperit la începutul secolului al XIX-lea, nu a fost dezvoltat ca material comercial până în a doua jumătate a secolului al XX-lea. Borul și azotul sunt vecini ai carbonului în tabelul periodic – în combinație, borul și azotul au același număr de electroni din învelișul exterior – razele atomice ale borului și azotului sunt similare cu cea a carbonului. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că nitrura de bor și carbonul prezintă similitudini în structura lor cristalină.

În același mod în care carbonul există sub formă de grafit și diamant, nitrura de bor poate fi sintetizată în forme hexagonale și cubice.

Sinteza pulberii hexagonale de nitrura de bor se realizează prin nitrurarea sau amonificarea oxidului boric la temperaturi ridicate. Nitrura de bor cubică se formează prin tratarea la presiune înaltă și temperatură ridicată a BN hexagonal.

Nitrura de bor hexagonală (h-BN) este echivalentul în structură al grafitului (a se vedea figura 1). La fel ca și grafitul, microstructura sa asemănătoare plăcilor și structura reticulară stratificată îi conferă proprietăți bune de lubrifiere. h-BN este rezistentă la sinterizare și este formată, de obicei, prin presare la cald.

Figura 1. h-BN pulbere (foto prin amabilitatea Ceram Research Ltd)

Nitrură de bor cubică (C-BN) are aceeași structură ca și diamantul, iar proprietățile sale le reflectă pe cele ale diamantului. Într-adevăr, C-BN este al doilea cel mai dur material după diamant. C-BN a fost sintetizat pentru prima dată în 1957, dar abia în ultimii 15 ani s-a dezvoltat producția comercială de C-BN.

Nitrură de bor hexagonală (h-BN)

h-BN are proprietăți lubrifiante excelente

În stare presată la cald, h-BN este ușor de prelucrat cu ajutorul tehnicilor convenționale de tăiere a metalelor, prin urmare, din țaglele presate la cald se pot confecționa componente cu forme complexe.

În condițiile în care oxidarea suprafeței poate fi împiedicată, h-BN nu este umezit de majoritatea metalelor, sticlelor și sărurilor topite și, prin urmare, are o rezistență ridicată la atacurile chimice.

Rezistență ridicată la rupere dielectrică

Rezistență volumică ridicată

Bună inerție chimică

Nitrura de bor cubică (C-BN)

C-BN este al doilea cel mai dur material cunoscut, inferior doar diamantului

Conductibilitate termică ridicată

Rezistență excelentă la uzură

Bună inerție chimică

Tabel 1. Proprietăți tipice pentru nitrură de bor hexagonală și cubică.

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.

Crucifere și vase de reacție

Inerția sa chimică conduce la utilizarea ca învelișuri de protecție pentru termocuple, creuzete și căptușeli pentru vase de reacție, deși, ca și în cazul de mai sus, trebuie evitată oxidarea.

Mucete și vase de evaporare

h-BN este utilizat în vrac sau ca strat de acoperire pentru matrițele refractare utilizate în formarea sticlei și în formarea superplastică a titanului (a se vedea figura 2). Este, de asemenea, utilizat ca element constitutiv în materiale compozite, de exemplu compozite TiB2/BN pentru bărci de evaporare a metalelor și Si3N4/BN pentru inele de rupere în turnarea continuă a oțelului (a se vedea figura 3).

Figura 2. Creuzet și barcă pentru oțel topit (foto prin amabilitatea Ceram Research Ltd)

Figura 3. Anule de rupere pentru turnarea continuă orizontală a oțelului (foto mulțumită Ceram Research Ltd)

Presare izostatică la cald

Refracția sa, combinată cu faptul că nu este umezit de sticla topită, a dus la utilizarea h-BN în producția de materiale presate izostatic la cald (HIP’ed), în special ceramică. În această aplicație, piesele preformate sunt acoperite cu h-BN înainte de încapsularea sticlei și de HIP’ing. Acest lucru protejează piesa care face obiectul HIP’ed de contactul efectiv cu sticla, ceea ce, la rândul său, facilitează îndepărtarea acesteia după HIP’ing.

Unelte de tăiere și materiale abrazive

Uneltele de tăiere și componentele abrazive destinate în special utilizării cu metale feroase cu conținut scăzut de carbon au fost dezvoltate folosind C-BN. În această aplicație, uneltele se comportă în mod similar cu uneltele din diamant policristalin, dar pot fi utilizate pe fier și aliaje cu conținut scăzut de carbon fără risc de reacție.

Substraturi pentru dispozitive electronice

C-BN este utilizat pentru substraturi pentru montarea componentelor electronice de înaltă densitate și de mare putere, unde conductivitatea termică ridicată obținută permite o disipare eficientă a căldurii.

Revelișuri rezistente la uzură

Datorită durității sale ridicate și proprietăților excelente de rezistență la uzură, au fost dezvoltate acoperiri din C-BN.

Citate