En tant que nouveau matériau céramique doté d'excellentes propriétés et d'un fort potentiel de développement, le nitrure de bore comprend cinq isomères : le nitrure de bore hexagonal (H - BN), le nitrure de bore cubique (C - BN), le nitrure de bore wurtzite (W - BN), le nitrure de bore rhombique (R - BN) et le nitrure de bore orthorhombique (o - BN).
Figure 1 Nitrure de bore en poudre
La poudre de nitrure de bore a les propriétés d'assouplissement, de lubrification, de légèreté et d'absorption facile de l'humidité. Sa couleur est blanche et les produits sont blanc ivoire.
Historique du développement du nitrure de bore dans le pays et à l'étranger :
La céramique au nitrure de bore (BN) a été découverte pour la première fois en 1842. Les recherches étrangères sur les matériaux BN ont débuté après la fin de la Seconde Guerre mondiale, mais elles n'ont été officiellement développées qu'en 1955, lorsque des chercheurs ont découvert la méthode de pressage à chaud du BN. Depuis, la société diamantaire américaine et la société United Carbon se sont lancées dans la production pour la première fois, et plus de 10 tonnes ont été produites en 1960 ; le Japon a commencé à importer un grand nombre de produits BN des États-Unis chaque année. Depuis, trois sociétés japonaises ont également mené des recherches pendant plusieurs années, ont produit des essais avec succès début 1969 et ont été mis en service en 1970. Sur le plan national, la Chine a commencé à étudier la poudre BN en 1963. Il a été développé avec succès en 1966, mis en production et appliqué à l'industrie chinoise et à la technologie de pointe en 1967.
Propriétés physiques et chimiques des céramiques au nitrure de bore
(1) Performance thermique : les produits à base de nitrure de bore peuvent être utilisés dans une atmosphère oxydante d'environ 1 000 °C et dans une atmosphère inerte de près de 3 000 °C. Cette propriété est supérieure à celle de la mullite, de l'alumine et du carbure de silicium. En même temps, il possède une résistance élevée à la chaleur et aux chocs, et ne se fissurera pas dans un environnement de refroidissement et de chauffage rapides de 1 500 ℃.
(2) Stabilité chimique : pour la grande majorité des métaux tels que le fer en solution, l'aluminium, le cuivre, le silicium, l'arséniure de potassium, le laiton et la cryolite, cela ne fonctionne pas, tout comme le verre au laitier. Par conséquent, le récipient en nitrure de bore peut être utilisé comme contenant les substances ci-dessus. Cependant, ceux qui contiennent du B2O3 sont généralement hygroscopiques, ce qui fait que le chauffage rapide du produit en cours d'utilisation s'infiltre dans l'eau absorbée et provoque des fissures. L'une des mesures efficaces pour remédier à cet inconvénient peut être d'ajouter des classeurs.
(3) Propriétés électriques : étant donné que la constante diélectrique et la perte diélectrique des produits BN sont faibles, ils peuvent être largement utilisés dans les hautes et les basses fréquences. Sa rigidité diélectrique est 4,5 fois supérieure à celle de l'alumine, et sa constante diélectrique est la moitié de celle de l'alumine. Ses propriétés électriques sont très différentes de celles du graphite. Comme la céramique oxydée, elle n'est pas conductrice à haute température. C'est un matériau isolant électrique qui peut être utilisé dans une large plage de températures.
(4) Usinabilité : la dureté Mohs de la céramique BN est de 2. Il peut être traité sur des tours, des fraiseuses et d'autres équipements de traitement ; il peut également être transformé en tôles fines, en corps spiralés et en diverses pièces aux formes complexes. Le BN a une faible résistance mécanique. Bien qu'il soit supérieur au graphite à température ambiante, il est plus fragile que la céramique oxydée.
(5) Pouvoir lubrifiant : la poudre BN est un système cristallin hexagonal. C'est une sorte de matériau fin en flocons blancs, similaire au graphite. Il est communément appelé graphite blanc et possède une excellente lubrification.
(6) Léger : le BN est le matériau le plus léger en céramique.
(7) Nature de l'absorption des neutrons : le BN possède une grande section d'absorption des neutrons.
2 exemples d'application de céramiques au nitrure de bore
À l'heure actuelle, les recherches sur le BN se concentrent principalement sur sa phase hexagonale (H - BN) et sa phase cubique (C - BN). Le premier possède un pouvoir lubrifiant, une bonne conductivité thermique et de bonnes performances à haute température. Ce dernier est également en équilibre thermodynamique à température et pression ambiantes. Le principal domaine d'application du H - BN est sa matière première pour la synthèse du nitrure de bore cubique.
(1) Application de nitrure de bore hexagonal
Le nitrure de bore hexagonal est un type de matériau résistant aux hautes températures, à la corrosion, à une conductivité thermique élevée, à une isolation élevée et à d'excellentes performances de lubrification. À l'heure actuelle, la simplification du processus, la réduction des coûts de production et l'amélioration de la durée de vie des composants sont les axes de recherche actifs pour ce type de matériau.
① Grâce à l'excellente stabilité chimique du nitrure de bore hexagonal, il peut être utilisé comme creuset pour faire fondre et évaporer le métal, comme cuvette de bateau, comme tuyau d'alimentation en métal liquide, comme lance-fusée, comme base d'un appareil à haute puissance, comme tuyau pour faire fondre le métal, comme pièces de pompe, comme moule en acier moulé, etc.
② La résistance à la chaleur et à la corrosion du nitrure de bore hexagonal peut être utilisée pour fabriquer des composants à haute température, le revêtement de la chambre de combustion des fusées, le bouclier thermique des engins spatiaux, les pièces résistantes à la corrosion du générateur de courant magnétique, etc.
③ Utilisant l'isolant en nitrure de bore hexagonal, il est largement utilisé dans les isolateurs de l'électricité à haute tension et à haute fréquence et des arcs à plasma, ainsi que dans les isolants de divers appareils de chauffage, les manchons de tuyaux de chauffage, les composants d'isolation et de dissipation thermique à haute température, haute fréquence et haute tension, et dans les matériaux des fours électriques à haute fréquence.
Figure 2 Céramique isolante au nitrure de bore de haute pureté pour four électrique ④ Grâce au pouvoir lubrifiant du nitrure de bore hexagonal, lorsque le nitrure de bore est utilisé comme lubrifiant, il peut être dispersé dans de la graisse résistante à la chaleur, de l'eau ou un solvant ; vaporisez-le sur la surface de friction et formez un moule sec une fois le solvant volatilisé ; Il est rempli de résine, de céramique et de métal sous forme de composite autolubrifiant résistant aux hautes températures. L'huile de suspension au nitrure de bore est blanche ou jaune. Elle ne pollue donc pas les produits en fibres utilisés dans les machines textiles et peut être largement utilisée pour lubrifier les machines textiles en fibres synthétiques. ⑤ Le nitrure de bore hexagonal peut également être utilisé comme additif pour divers matériaux. La fibre de nitrure de bore traitée à partir de nitrure de bore est une fibre fonctionnelle à module moyen. Il s'agit d'un matériau d'ingénierie synthétique inorganique qui peut être largement utilisé dans l'industrie chimique, l'industrie textile, la technologie aérospatiale et d'autres départements industriels de pointe. (2) Application de nitrure de bore cubique : (1) En tant que matériau abrasif : le monocristal de CBN à petites particules peut être utilisé comme matériau abrasif. L'outil abrasif CBN est une sorte d'outil abrasif en matériau très dur, qui lie les particules abrasives CBN à des produits d'une certaine géométrie à l'aide d'un liant. Les abrasifs CBN offrent de bonnes performances de broyage pour les métaux ferreux, en particulier pour les matériaux à haute dureté, haute ténacité, haute résistance à haute température et faible conductivité thermique. Son taux de broyage des métaux est 10 fois supérieur à celui du diamant, ce qui résout le problème de traitement des matériaux de broyage durs et durs. La rectifieuse cubique en nitrure de bore est utilisée pour le meulage et le rodage rapides et efficaces, ce qui peut améliorer considérablement l'efficacité du meulage. Il offre une précision de meulage élevée et une longue durée de vie de la meule, ce qui permet de gagner du temps supplémentaire, comme le remplacement et le dressage de la meule, le réglage des machines-outils et la détection des pièces. (2) En tant que matériau d'outillage : le PCBN surmonte les inconvénients liés à la facilité de clivage et à l'anisotropie du CBN monocristallin, et est principalement utilisé pour fabriquer des matériaux d'outils. L'outil de découpe PCBN est particulièrement adapté à la découpe à grande vitesse et à la découpe de haute précision. Il a été largement utilisé dans les machines-outils à commande numérique. Il convient à la découpe de matériaux à haute dureté, en particulier au traitement de matériaux à haute dureté et difficiles à traiter qui ne peuvent être rectifiés qu'auparavant. Elle peut réaliser le tournage au lieu du meulage et le fraisage au lieu du meulage, ce qui permet d'obtenir une meilleure qualité de surface de la pièce et d'éliminer le processus de recuit, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la production.