Como nuevo material cerámico con excelentes propiedades y un gran potencial de desarrollo, el nitruro de boro incluye cinco isómeros: nitruro de boro hexagonal (H - BN), nitruro de boro cúbico (C - BN), nitruro de boro de wurtzita (W - BN), nitruro de boro rómbico (R - BN) y nitruro de boro ortorrómbico (o - BN).
Figura 1 Polvo de nitruro de boro
El nitruro de boro en polvo tiene las propiedades de holgura, lubricación, ligereza y fácil absorción de la humedad. Su color es blanco y los productos son blanco marfil.
Historia del desarrollo del nitruro de boro en el país y en el extranjero:
La cerámica de nitruro de boro (BN) se descubrió por primera vez en 1842. La investigación extranjera sobre los materiales BN comenzó al final de la Segunda Guerra Mundial, pero no se desarrolló oficialmente hasta 1955, cuando los investigadores resolvieron el método de prensado en caliente del BN. Desde entonces, la empresa estadounidense de diamantes y la United Carbon Company pusieron en producción por primera vez y se produjeron más de 10 toneladas en 1960; Japón comenzó a importar un gran número de productos de BN de los Estados Unidos cada año. Desde entonces, tres empresas japonesas también han realizado investigaciones durante varios años, han realizado con éxito pruebas a principios de 1969 y han puesto en funcionamiento en 1970. A nivel nacional, China comenzó a estudiar la pólvora BN en 1963. Se desarrolló con éxito en 1966 y se puso en producción y se aplicó a la industria y a la tecnología de vanguardia de China en 1967.
Propiedades físicas y químicas de la cerámica de nitruro de boro
(1) Rendimiento térmico: los productos de nitruro de boro se pueden utilizar en una atmósfera oxidante de unos 1000 °C y en una atmósfera inerte de casi 3000 °C. Esta propiedad es superior a la de la mullita, la alúmina y el carburo de silicio. Al mismo tiempo, tiene una alta resistencia al calor y a los impactos, y no se agrieta en un entorno de enfriamiento y calentamiento rápidos de 1500 °C.
(2) Estabilidad química: con la gran mayoría de los metales, como hierro en solución, aluminio, cobre, silicio, arseniuro de potasio, latón y criolita, no funciona, al igual que la escoria de vidrio. Por lo tanto, el recipiente hecho de material de nitruro de boro se puede utilizar como recipiente para las sustancias anteriores. Sin embargo, los que contienen B2O3 suelen tener higroscopicidad, lo que hace que el rápido calentamiento del producto durante el proceso de uso se infiltre en el agua absorbida y produzca grietas. Una de las medidas eficaces para mejorar esta desventaja puede ser añadir algunas carpetas.
(3) Propiedades eléctricas: dado que la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica de los productos BN son pequeñas, se pueden utilizar ampliamente en la gama de alta y baja frecuencia. Su rigidez dieléctrica es 4,5 veces mayor que la de la alúmina y su constante dieléctrica es la mitad que la de la alúmina. Sus propiedades eléctricas son muy diferentes a las del grafito. Al igual que la cerámica de óxido, no tiene conductividad a altas temperaturas. Es un material aislante eléctrico que se puede utilizar en un amplio rango de temperaturas.
(4) Maquinabilidad: la dureza de Mohs de BN Ceramics es de 2. Se puede procesar en tornos, fresadoras y otros equipos de procesamiento; también se puede procesar en láminas finas, cuerpos en espiral y varias piezas con formas complejas. El BN tiene una resistencia mecánica baja. Aunque es superior al grafito a temperatura ambiente, es más quebradizo que la cerámica de óxido.
(5) Lubricidad: el polvo de BN es un sistema de cristal hexagonal. Es un tipo de material fino en escamas blancas, similar al grafito. Se conoce comúnmente como grafito blanco y tiene una lubricación excelente.
(6) Ligero: el BN es el material con menor peso en los materiales cerámicos.
(7) Naturaleza de la absorción de neutrones: el BN tiene una gran sección de absorción de neutrones.
2 ejemplos de aplicación de la cerámica de nitruro de boro
En la actualidad, la investigación sobre el BN se centra principalmente en su fase hexagonal (H — BN) y en su fase cúbica (C — BN). El primero tiene lubricidad, conductividad térmica y un buen rendimiento a altas temperaturas. Este último también está en equilibrio termodinámico a temperatura y presión ambiente. El principal campo de aplicación del H — BN es como materia prima para la síntesis del nitruro de boro cúbico.
(1) Aplicación de nitruro de boro hexagonal
El nitruro de boro hexagonal es un tipo de material con resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica, alto aislamiento y un excelente rendimiento de lubricación. En la actualidad, simplificar el proceso, reducir los costes de producción y mejorar la vida útil de los componentes son las líneas de investigación activas de este tipo de material.
① Gracias a la excelente estabilidad química del nitruro de boro hexagonal, se puede utilizar como crisol para fundir y evaporar metal, plato de barco, tubo de suministro de metal líquido, boquilla de cohete, base de un dispositivo de alta potencia, tubo para fundir metal, piezas de bomba, molde de acero fundido, etc.
② La resistencia al calor y a la corrosión del nitruro de boro hexagonal se puede utilizar para fabricar componentes de alta temperatura, el revestimiento de la cámara de combustión de cohetes, el escudo térmico de las naves espaciales, las piezas resistentes a la corrosión del generador de corriente magnética, etc.
③ Al utilizar el aislamiento de nitruro de boro hexagonal, se utiliza ampliamente en los aisladores de electricidad y arco de plasma de alta tensión y alta frecuencia, así como en los aisladores de varios calentadores, manguitos de tubos de calefacción, componentes de aislamiento y disipación del calor de alta temperatura, alta frecuencia y alto voltaje, y en los materiales de los hornos eléctricos de alta frecuencia.
Figura 2 Cerámica aislante de nitruro de boro de alta pureza para horno eléctrico ④ Utilizando la lubricidad del nitruro de boro hexagonal, cuando se utiliza nitruro de boro como lubricante, se puede dispersar en grasa, agua o disolvente resistentes al calor; rociar sobre la superficie de fricción y formar un molde seco después de que el disolvente se volatilice; se rellena con la capa superficial de resina, cerámica y metal como un compuesto autolubricante resistente a altas temperaturas. El aceite en suspensión de nitruro de boro es blanco o amarillo, por lo que no contamina los productos de fibra de la maquinaria textil y se puede utilizar ampliamente en la lubricación de la maquinaria textil de fibra sintética. ⑤ El nitruro de boro hexagonal también se puede utilizar como aditivo para varios materiales. La fibra de nitruro de boro procesada a partir de nitruro de boro es una fibra de módulo medio y alta función. Es un material de ingeniería sintético inorgánico que puede utilizarse ampliamente en la industria química, la industria textil, la tecnología aeroespacial y otros departamentos industriales de vanguardia. (2) Aplicación del nitruro de boro cúbico: (1) Como material abrasivo: el monocristal de CBN con partículas pequeñas se puede utilizar como material abrasivo. La herramienta abrasiva CBN es una especie de herramienta abrasiva para materiales superduros, que une las partículas abrasivas de CBN en productos con cierta geometría con la ayuda de un aglutinante. Los abrasivos CBN tienen un buen rendimiento de rectificado para metales ferrosos, especialmente materiales con alta dureza, alta tenacidad, alta resistencia a altas temperaturas y baja conductividad térmica. Su velocidad de molienda del metal es 10 veces superior a la del diamante, lo que resuelve el problema de procesamiento de los materiales de pulido duros, resistentes y duros. La herramienta rectificadora de nitruro de boro cúbico se utiliza para rectificar y bruñir de manera eficiente y a alta velocidad, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia de rectificado; tiene una alta precisión de rectificado y una larga vida útil de la muela abrasiva, lo que ahorra mucho tiempo auxiliar, como el reemplazo y el apósito de la muela abrasiva, el ajuste de la máquina herramienta y la detección de piezas. (2) Como material para herramientas: el PCBN supera las deficiencias de fácil escisión y anisotropía del monocristal de CBN y se utiliza principalmente para fabricar materiales para herramientas. La herramienta de corte PCBN es especialmente adecuada para cortes a alta velocidad y cortes de alta precisión. Se ha utilizado ampliamente en máquinas herramienta CNC. Es adecuado para cortar materiales de alta dureza, especialmente para el procesamiento de materiales de alta dureza y difíciles de procesar que solo se pueden moler antes. Puede realizar torneado en lugar de rectificado y fresado en lugar de rectificado, lo que puede obtener una mejor calidad de la superficie de la pieza y eliminar el proceso de recocido, mejorar en gran medida la eficiencia de la producción.