Bornitrid

Boronitrid (BN) ist ein synthetisches keramisches Material, das für seine einzigartige Kombination von Eigenschaften bekannt ist, einschließlich hoher thermischer Leitfähigkeit, ausgezeichneter dielektrischer Festigkeit und überlegener Gleitfähigkeit. In mehreren strukturellen Formen erhältlich, ist keramisches Boronitrid in Branchen wie Elektronik, Luft- und Raumfahrt sowie thermischem Management unverzichtbar.

Wichtige Strukturelle Formen von Boronitrid

Hexagonales Boronitrid (hBN)

Bekannt als „weißer Graphit“ aufgrund seiner hexagonalen Struktur, teilt hBN Eigenschaften wie Weichheit und Gleitfähigkeit mit Graphit. Es ist jedoch auch ein ausgezeichneter elektrischer Isolator mit hoher thermischer Leitfähigkeit, was es ideal macht für:

• Hochtemperatur-Schmierstoffe und Trennmittel.
• Materialien für das thermische Management in der Elektronik.
• Komponenten von Vakuumöfen.

Pyrolytisches Boronitrid (P-BN)

Hergestellt durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), ist P-BN ein ultrareines Material mit außergewöhnlicher thermischer und chemischer Stabilität. Es wird weit verbreitet verwendet für:

• Behälter für hochreine Materialien und Verbindungshalbleiter.
• Hochtemperatur- und chemisch inerte Komponenten.
• Dünnwandige Strukturen wie Rohre, Ringe und Tiegel.

Kubisches Boronitrid (cBN)

Isoelektronisch mit Diamant bietet cBN ähnliche Härte bei größerer chemischer und thermischer Stabilität. Seine einzigartigen Eigenschaften machen es geeignet für:

• Schleifmittel und Schneidwerkzeuge.
• Oxidationsbeständige Beschichtungen.
• Hochleistungsmaterialien für extreme Umgebungen.

Amorphes Boronitrid (aBN)

Das nicht kristalline Äquivalent von amorphem Kohlenstoff wird aBN in spezialisierten Anwendungen verwendet, bei denen ungeordnete Formen erforderlich sind.

Materialvorteile

• Thermisches Management: Hohe thermische Leitfähigkeit und außergewöhnliche Wärmeableitung.
• Elektrische Isolation: Geringe Dielektrizitätskonstante und hohe dielektrische Festigkeit.
• Hitzebeständigkeit: Stabil bei Temperaturen über 2000 °C in inerten Atmosphären.
• Bearbeitbarkeit: Leicht in kundenspezifische Formen mit präzisen Toleranzen zu formen.
• Chemische Inertheit: Widerstandsfähig gegen die meisten Chemikalien und Oxidation, was es in rauen Umgebungen zuverlässig macht.
• Nicht benetzend: Ideal für Anwendungen mit flüssigem Metall und Glas.

Anwendungen von Boronitrid

• Thermisches Management: Wärmeableitungskomponenten in Elektronik und Luft- und Raumfahrt.
• Handhabung von flüssigem Metall: Tiegel, Düsen und Schutzrohre für Thermoelemente.
• Hochtemperatur-Isolation: Elektrische Isolatoren und Stützen für Vakuumöfen.
• Schleifmittel und Beschichtungen: Schneidwerkzeuge, oxidationsbeständige Metallbeschichtungen und Trennmittel.
• Fortgeschrittene Optik: Radarkomponenten, Laserdüsen und Antennenfenster.
• Plasma-Verarbeitung: Kammerauskleidungen und -verbindungen für die Halbleiterfertigung.
• Hochreine Verarbeitung: Pyrolytisches Boronitrid ist das bevorzugte Material für hochreine Behälter und das Wachstum von Halbleitern.

Herstellungsprozess

Die moderne Herstellung von BN beginnt mit Borsäure (H₃BO₃) oder Bortrioxid (B₂O₃) kombiniert mit Ammoniak oder Harnstoff als Stickstoffquelle. Das Zwischenprodukt, amorphes BN (aBN), wird gereinigt und umgewandelt in:

• Hexagonales BN (hBN) durch Hochtemperatur-Erhitzung.
• Kubisches BN (cBN) durch Hochdruck- und Hochtemperatursynthese, ähnlich der Herstellung von synthetischem Diamant.
• Pyrolytisches BN (P-BN) durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) bei hohen Temperaturen unter Vakuum, was ultrareine Reinheit und strukturelle Präzision gewährleistet.

Video über Bornitrid