Als neues keramisches Material mit ausgezeichneten Eigenschaften und großem Entwicklungspotenzial umfasst Bornitrid fünf Isomere: hexagonales Bornitrid (H — BN), kubisches Bornitrid (C — BN), Wurtzit-Bornitrid (W — BN), rhombisches Bornitrid (R — BN) und orthorhombisches Bornitrid (o — BN).
Abbildung 1 Bornitrid-Pulver
Bornitridpulver hat die Eigenschaften Lockerheit, Gleitfähigkeit, geringes Gewicht und einfache Feuchtigkeitsaufnahme. Ihre Farbe ist weiß und die Produkte sind elfenbeinfarben.
Entwicklungsgeschichte von Bornitrid im In- und Ausland:
Bornitrid (BN) -Keramik wurde erstmals 1842 entdeckt. Die ausländische Forschung an BN-Materialien begann nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs, aber sie wurde erst 1955 offiziell entwickelt, als Forscher die Heißpressmethode von BN erforschten. Seitdem haben die American Diamond Company und die United Carbon Company zuerst die Produktion aufgenommen, und 1960 wurden mehr als 10 Tonnen produziert; Japan begann, jedes Jahr eine große Anzahl von BN-Produkten aus den Vereinigten Staaten zu importieren. Seitdem haben auch drei japanische Unternehmen mehrere Jahre lang geforscht, Anfang 1969 erfolgreich getestet und 1970 in Betrieb genommen. Im Inland begann China 1963, BN-Pulver zu untersuchen. Es wurde 1966 erfolgreich entwickelt und 1967 in Produktion genommen und in Chinas Industrie und Spitzentechnologie eingesetzt.
Physikalische und chemische Eigenschaften von Bornitridkeramiken
(1) Thermische Leistung: Bornitrid-Produkte können in einer oxidierenden Atmosphäre von etwa 1000 ℃ und einer inerten Atmosphäre von fast 3000 ℃ verwendet werden. Diese Eigenschaft ist höher als die von Mullit, Aluminiumoxid und Siliziumkarbid. Gleichzeitig hat es eine hohe Hitzebeständigkeit und Schlagfestigkeit und reißt nicht in der schnellen Kühl- und Erhitzungsumgebung von 1500 ℃.
(2) Chemische Stabilität: Bei den allermeisten Metallen wie Lösungseisen, Aluminium, Kupfer, Silizium, Kaliumarsenid, Messing und Kryolith funktioniert es nicht, genauso wie Schlackenglas. Daher kann der Behälter aus Bornitridmaterial als Behälter für die oben genannten Substanzen verwendet werden. Diejenigen, die B2O3 enthalten, sind jedoch im Allgemeinen hygroskopisch, was dazu führt, dass das schnelle Erhitzen des Produkts während des Gebrauchs das absorbierte Wasser infiltriert und Risse erzeugt. Eine der effektiven Maßnahmen zur Verbesserung dieses Nachteils kann darin bestehen, einige Bindemittel hinzuzufügen.
(3) Elektrische Eigenschaften: Da die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlust von BN-Produkten gering sind, können sie im Hochfrequenzbereich und Niederfrequenzbereich breit eingesetzt werden. Seine Durchschlagsfestigkeit ist 4,5-mal so hoch wie die von Aluminiumoxid, und seine Dielektrizitätskonstante ist halb so hoch wie die von Aluminiumoxid. Seine elektrischen Eigenschaften unterscheiden sich stark von denen von Graphit. Wie Oxidkeramik hat sie keine Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen. Es ist ein elektrisch isolierendes Material, das in einem großen Temperaturbereich verwendet werden kann.
(4) Bearbeitbarkeit: Die Mohs-Härte von BN Ceramics ist 2. Es kann auf Drehmaschinen, Fräsmaschinen und anderen Verarbeitungsgeräten verarbeitet werden; es kann auch zu dünnen Blechen, Spiralkörpern und verschiedenen Teilen mit komplexen Formen verarbeitet werden. BN hat eine geringe mechanische Festigkeit. Obwohl es Graphit bei Raumtemperatur überlegen ist, ist es spröder als Oxidkeramik.
(5) Schmierfähigkeit: BN-Pulver ist ein hexagonales Kristallsystem. Es ist eine Art feines Material mit weißen Flocken, das Graphit ähnelt. Es ist allgemein als weißer Graphit bekannt und hat eine hervorragende Gleitfähigkeit.
(6) Leicht: BN ist das Material mit dem geringeren Gewicht bei keramischen Materialien.
(7) Art der Neutronenabsorption: BN hat einen großen Neutronenabsorptionsbereich.
2 Anwendungsbeispiele für Bornitridkeramik
Gegenwärtig konzentriert sich die Forschung zu BN hauptsächlich auf die hexagonale Phase (H — BN) und die kubische Phase (C — BN). Ersteres hat Schmierfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und eine gute Hochtemperaturleistung. Letzteres befindet sich ebenfalls im thermodynamischen Gleichgewicht bei Raumtemperatur und Druck. Das Hauptanwendungsgebiet von H-BN ist als Rohstoff für die Synthese von kubischem Bornitrid.
(1) Anwendung von hexagonalem Bornitrid
Hexagonales Bornitrid ist eine Art Material mit hoher Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Isolierung und ausgezeichneter Schmierleistung. Gegenwärtig sind die Vereinfachung des Prozesses, die Senkung der Produktionskosten und die Verbesserung der Lebensdauer von Komponenten die aktiven Forschungsrichtungen für diese Art von Materialien.
① Aufgrund der ausgezeichneten chemischen Stabilität von hexagonalem Bornitrid kann es als Tiegel zum Schmelzen und Verdampfen von Metall, Bootsschale, Flüssigmetall-Förderrohr, Raketendüse, Basis eines Hochleistungsgeräts, Rohr zum Schmelzen von Metall, Pumpenteile, Form aus Stahlguss usw. verwendet werden.
② Die Hitze- und Korrosionsbeständigkeit von hexagonalem Bornitrid kann zur Herstellung von Hochtemperaturkomponenten, der Verkleidung der Raketenbrennkammer, dem Hitzeschild von Raumfahrzeugen, korrosionsbeständigen Teilen des Magnetstromgenerators usw. verwendet werden.
③ Es verwendet die Isolierung aus hexagonalem Bornitrid und wird häufig in Isolatoren für Hochspannungs- und Hochfrequenzstrom und Plasmalichtbogen sowie in den Isolatoren verschiedener Heizungen, Heizrohrhülsen, Hochtemperatur-, Hochfrequenz- und Hochspannungsisolations- und Wärmeableitungskomponenten und den Materialien von Hochfrequenz-Elektroöfen verwendet.
Abbildung 2 Isolierende hochreine Bornitridkeramik für Elektroöfen ④ Wenn Bornitrid als Schmiermittel verwendet wird, kann es in hitzebeständigem Fett, Wasser oder Lösungsmittel dispergiert werden; auf die Reibungsfläche sprühen und eine trockene Form formen, nachdem sich das Lösungsmittel verflüchtigt hat; es wird als hochtemperaturbeständiger, selbstschmierender Verbundwerkstoff in die Oberflächenschicht aus Harz, Keramik und Metall gefüllt. Bornitrid-Suspensionsöl ist weiß oder gelb, es verunreinigt also nicht die Faserprodukte in Textilmaschinen und kann in großem Umfang zur Schmierung von Textilmaschinen aus synthetischen Fasern verwendet werden. ⑤ Hexagonales Bornitrid kann auch als Additiv für verschiedene Materialien verwendet werden. Bornitridfaser, die aus Bornitrid verarbeitet wird, ist eine Mittelmodul-Hochfunktionsfaser. Es ist ein anorganisches synthetisches Konstruktionsmaterial, das in der chemischen Industrie, der Textilindustrie, der Luft- und Raumfahrttechnik und anderen hochmodernen Industrieabteilungen breit verwendet werden kann. (2) Anwendung von kubischem Bornitrid: (1) Als Schleifmaterial: CBN-Einkristall mit kleinen Partikeln kann als Schleifmaterial verwendet werden. CBN-Schleifwerkzeug ist eine Art Schleifwerkzeug aus superhartem Material, das CBN-Schleifpartikel mithilfe eines Bindemittels in Produkte mit einer bestimmten Geometrie bindet. CBN-Schleifmittel haben eine gute Schleifleistung für Eisenmetalle, insbesondere Materialien mit hoher Härte, hoher Zähigkeit, hoher Festigkeit bei hohen Temperaturen und niedriger Wärmeleitfähigkeit. Seine Metallschleifrate ist zehnmal höher als die von Diamant, was das Verarbeitungsproblem von harten, zähen und harten Schleifmaterialien löst. Das kubische Bornitrid-Schleifwerkzeug wird für schnelles und effizientes Schleifen und Honen verwendet, wodurch die Schleifleistung erheblich verbessert werden kann. Es hat eine hohe Schleifpräzision und eine lange Lebensdauer der Schleifscheibe, wodurch viele Nebentätigkeiten wie das Austauschen und Abrichten der Schleifscheibe, die Einstellung der Werkzeugmaschine und die Werkstückerkennung eingespart werden. (2) Als Werkzeugmaterial: PCBN überwindet die Mängel der leichten Spaltbarkeit und Anisotropie von CBN-Einkristallen und wird hauptsächlich zur Herstellung von Werkzeugmaterialien verwendet. Das PCBN-Schneidwerkzeug ist besonders für Hochgeschwindigkeitsschneiden und hochpräzises Schneiden geeignet. Es wurde häufig in CNC-Werkzeugmaschinen verwendet. Es ist für das Schneiden von Materialien mit hoher Härte geeignet, insbesondere für die Bearbeitung von Materialien mit hoher Härte und schwer zu bearbeitenden Materialien, die vorher nur geschliffen werden können. Es kann Drehen statt Schleifen und Fräsen statt Schleifen realisieren, wodurch eine bessere Oberflächenqualität des Werkstücks erzielt werden kann und der Glühvorgang entfällt, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert.