Introducción a la Cerámica de Nitruro de Boro
La cerámica de nitruro de boro es un material cerámico avanzado con excelentes propiedades, pero no se usa tanto como la cerámica de alúmina. Pero tiene ventajas de rendimiento únicas en física y química.
El nitruro de boro es un cristal compuesto de átomos de nitrógeno y átomos de boro. La estructura cristalina se divide en: nitruro de boro hexagonal (HBN), nitruro de boro hexagonal compacto (WBN) y nitruro de boro cúbico, entre los cuales los cristales de nitruro de boro hexagonal La estructura tiene una estructura de capas de grafito similar, que muestra un polvo blanco suelto, lubricado, fácil de absorber la humedad y liviano, por lo que también se le llama “grafito blanco”.
La densidad teórica de la cerámica de nitruro de boro es de 2,43 g/cm3 y la dureza de Mohs es de 2. El nitruro de boro hexagonal tiene un buen aislamiento eléctrico, conductividad térmica, estabilidad química y no tiene un punto de fusión evidente. La temperatura es de 2000 °C, la temperatura de funcionamiento en nitrógeno y argón puede alcanzar los 2800 °C, la estabilidad es escasa en una atmósfera de oxígeno y la temperatura de funcionamiento es inferior a 1000 °C. El coeficiente de expansión del nitruro de boro hexagonal es equivalente al del cuarzo, pero la conductividad térmica es diez veces mayor que la del cuarzo.
Propiedades cerámicas de nitruro de boro
Las cerámicas de nitruro de boro tienen excelentes propiedades térmicas
La resistencia al calor de las cerámicas de nitruro de boro es sobresaliente y se puede usar directamente en una atmósfera oxidante de 1000 °C o una atmósfera inerte de 3000 °C, lo que es difícil de comparar con otros materiales similares, incluso la alúmina y el carburo de silicio. los refractarios también están lejos de este nivel.
Las cerámicas de nitruro de boro tienen propiedades químicas estables
Las cerámicas de nitruro de boro no reaccionarán químicamente con la mayoría de los metales como el hierro, el aluminio, el cobre, el silicio, etc.
Las cerámicas de nitruro de boro tienen buenas propiedades eléctricas
Dado que las cerámicas no conducen la electricidad, pueden actuar como materiales aislantes eléctricos. Por sus propias características, las cerámicas de nitruro de boro tienen poca constante dieléctrica y pérdidas dieléctricas, por lo que es un material ideal para el aislamiento eléctrico.
Las anteriores son varias propiedades principales de la cerámica de nitruro de boro. También se puede utilizar para mecanizar debido a su baja dureza y puede lograr requisitos de alta precisión; al mismo tiempo, su densidad es menor que el diamante, pero su resistencia al calor es mejor que diamante, por lo que se puede convertir en taladros, abrasivos y otras herramientas. Debido a las diversas ventajas de rendimiento de la cerámica de nitruro de boro, también se usa ampliamente.
Usos de las Cerámicas de Nitruro de Boro
- Estabilidad
No humedece ni actúa sobre la mayoría de los metales fundidos, como acero, acero inoxidable, AL, FE, Ge, Bi, Si, Cu, etc. Por lo tanto, se puede utilizar como crisoles, botes, tuberías de transporte de metal líquido, toberas de cohetes, bases de dispositivos de alta potencia, protección galvánica de alta temperatura, tuberías de metal fundido, piezas de bombas, moldes de acero fundido y materiales aislantes eléctricos de alta temperatura. etc - Resistencia al calor y a la corrosión.
Puede fabricar componentes de alta temperatura, revestimientos de cámaras de combustión de cohetes, blindaje térmico de naves espaciales, piezas resistentes a la corrosión de generadores de fluidos magnéticos, etc. - Aislamiento
El nitruro de boro se usa ampliamente en aisladores para arcos eléctricos y de plasma de alto voltaje y alta frecuencia, aisladores para varios calentadores, cubiertas de tubos de calentamiento y componentes disipadores de calor aislantes de alta temperatura, alta frecuencia y alto voltaje, y materiales para alto -Hornos eléctricos de aplicación de frecuencia. - Conductividad térmica
El nitruro de boro se puede utilizar como crisol para preparar arseniuro de galio, fosfuro de galio y fosfuro de indio, placa base de disipación de calor de embalaje de semiconductores, varilla de disipación de calor del cambiador de fase, tubería de disipación de calor del colector de tubo de onda viajera, semiconductor tipo p y difusión de electrodo integrado fuente y ventana de microondas. - Blindaje
El nitruro de boro se utiliza como material de absorción de neutrones y material de protección en reactores atómicos. También se puede utilizar como polarizadores infrarrojos y de microondas, filtros infrarrojos, canales de trayectoria óptica de instrumentos láser, materiales de transmisión de presión de ultra alta presión, etc.
nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico (CBN) es un material superduro sintetizado a partir de nitruro de boro hexagonal y un catalizador a alta temperatura y presión. Este material superduro sólo es superado por el diamante en dureza entre los materiales superduros conocidos.
La estabilidad térmica de las cerámicas de nitruro de boro cúbico es mucho mayor que la del diamante y tiene una mayor estabilidad química a los elementos metálicos a base de hierro. Por lo tanto, los abrasivos de nitruro de boro cúbico se utilizan ampliamente en los campos de corte y rectificado de metales a base de hierro. productos El rendimiento es excelente.
Aplicación de cerámica de nitruro de boro cúbico en el campo de molienda
La herramienta abrasiva de cerámica de nitruro de boro cúbico tiene un excelente rendimiento de rectificado, puede completar el procesamiento de materiales resistentes al desgaste, mejorar la productividad, mejorar efectivamente la calidad de rectificado de la pieza de trabajo y puede controlar estrictamente la forma y el tamaño de la pieza de trabajo para mejorar la integridad de la superficie de la pieza de trabajo, por lo tanto, se mejora la resistencia a la fatiga de las piezas y se prolonga la vida útil.
Debido a que las cerámicas de nitruro de boro cúbico tienen muchas ventajas de rendimiento, al mismo tiempo, su proceso de producción tiene un menor consumo de energía y menos contaminación ambiental que otros materiales superduros. Por lo tanto, el uso de cerámicas de nitruro de boro cúbico es una contribución importante a la molienda de metales, lo que resulta en un cambio revolucionario en la molienda y el segundo salto en la tecnología de molienda.
El nitruro de boro cúbico (abreviatura CBN) es un material superduro sintetizado a partir de nitruro de boro hexagonal y catalizador a alta temperatura y alta presión. La dureza de este material superduro solo es superada por el diamante entre los materiales superduros que se han industrializado. La estabilidad térmica del nitruro de boro cúbico es mucho más alta que la del diamante, y tiene una mayor estabilidad química para los elementos metálicos a base de hierro. Por lo tanto, los abrasivos de nitruro de boro cúbico se utilizan ampliamente en los campos de corte y rectificado de productos metálicos a base de hierro. y su rendimiento es muy bueno, excelente.
Hay dos tipos de nitruro de boro cúbico, monocristal y cuerpo sinterizado policristalino. El monocristal se prepara con nitruro de boro hexagonal y catalizador en el rango de presión de 3000-8000 MPa y temperatura de 800-1900 ℃. Los materiales catalizadores típicos se seleccionan de metales alcalinos, metales alcalinotérreos, estaño, plomo, antimonio y sus nitruros. Las formas cristalinas de nitruro de boro cúbico incluyen tronco tetraédrico, octaedro, cristal distorsionado y cristal gemelo. El nitruro de boro cúbico producido industrialmente está disponible en superficies negras, ámbar y metalizadas, y el tamaño de partícula suele ser inferior a 1 mm.
Aplicación de nitruro de boro policristalino en corte de metales
La herramienta policristalina de nitruro de boro cúbico (PCBN) es un tipo de producto de material superduro que se aglomera con muchos granos finos (0,1 ~ 100 micrones) CBN.
Además de alta dureza y alta resistencia al desgaste, también tiene las características de alta tenacidad, inercia química, dureza roja, etc., y se puede afilar con muelas abrasivas de diamante. Muestra un excelente rendimiento de corte en todos los aspectos del procesamiento de corte y puede lograr un corte estable a alta temperatura, especialmente adecuado para procesar diversos materiales endurecidos y difíciles de mecanizar, como acero endurecido, acero para herramientas y hierro fundido enfriado. La herramienta tiene un corte afilado, buena retención de la forma, alta resistencia al desgaste, desgaste de unidades pequeñas, menos tiempos de corrección y propicia el mecanizado automático, adecuada para todos los procesos de corte, desde el desbaste hasta el acabado.
Ventaja de rendimiento
PCBN tiene la mayoría de las propiedades de CBN y supera las deficiencias de la escisión del plano monocristalino de CBN y tiene muchas ventajas de rendimiento:
- Alta dureza. La dureza de la herramienta PCBN es superada solo por el diamante, mucho más alta que la de las herramientas de carburo cementado y cerámica, por lo que puede procesar acero endurecido, hierro fundido y carburo cementado con una dureza superior a HRC60.
- Alta resistencia al desgaste. La resistencia al desgaste de las herramientas de PCBN es mucho mayor que la de las herramientas de carburo y cerámica, y su vida útil suele ser de 3 a 5 veces mayor que la de las herramientas de cerámica y de 5 a 15 veces la de las herramientas de carburo.
- Alta inercia química. Los elementos del grupo de PCBN y hierro y sus materiales de aleación no son propensos a reacciones químicas a 1200-1300 °C, lo que supera la afinidad química de las herramientas de diamante policristalino y el hierro; tiene una alta capacidad antioxidante y tiene una buena adhesión a varios materiales. La difusión es mucho menor que el carburo cementado.
- Alta estabilidad térmica. La resistencia al calor de PCBN puede alcanzar los 1400 °C, que es mucho más alta que la de las herramientas de diamante (700-800 °C). Se ha demostrado mediante el uso que la temperatura de corte superior a 1100 ℃ aún puede mantener un alto rendimiento de corte afilado, lo que es adecuado para el corte en seco.
- Alta conductividad térmica. Entre todos los tipos de materiales para herramientas, la conductividad térmica de PCBN es de 79,54 W/(m·k), solo superada por el diamante, mucho mejor que el carburo cementado, y con el aumento de la temperatura, la conductividad térmica de PCBN también mejorará.
- Bajo coeficiente de fricción. Comparado con otros materiales para herramientas, PCBN tiene un bajo coeficiente de fricción. El coeficiente de fricción entre PCBN y diferentes materiales es aproximadamente de 0,1 a 0,3, mientras que el del carburo cementado es de 0,4 a 0,6, y con el aumento de la velocidad de corte, el coeficiente de fricción tiende a disminuir, lo que reduce la fuerza de corte y reduce la adherencia de la viruta. fenómeno.
Aplicación de nitruro de boro cúbico en campo de molienda
Las herramientas abrasivas de nitruro de boro cúbico tienen un excelente rendimiento de rectificado, no solo pueden completar el procesamiento de materiales difíciles de rectificar, mejorar la productividad, mejorar efectivamente la calidad de rectificado de las piezas de trabajo, sino también controlar estrictamente la forma y el tamaño de las piezas de trabajo para mejorar la integridad de la superficie de las piezas de trabajo después del rectificado. Por lo tanto, se mejora la resistencia a la fatiga de las piezas y se prolonga la vida útil.
El micropolvo de nitruro de boro cúbico es adecuado para sistemas aglutinantes como resina, metal, cerámica, etc. También se puede usar para producir láminas compuestas policristalinas y también se puede usar como partículas abrasivas sueltas, pasta de molienda, etc. Como material abrasivo, el nitruro de boro cúbico tiene una larga vida útil y buena resistencia al desgaste. Sin embargo, el nitruro de boro cúbico monocristalino también tiene deficiencias, como el tamaño de grano pequeño, la anisotropía y los planos de división que son fáciles de dividir.
Porque el nitruro de boro cúbico tiene muchas ventajas de rendimiento y su proceso de producción tiene un menor consumo de energía y menos contaminación ambiental que otros materiales superduros. Por lo tanto, el uso de nitruro de boro cúbico es una contribución importante al proceso de molienda de metales, lo que resulta en un cambio revolucionario en la molienda y el segundo salto en la tecnología de molienda.
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