1. Was ist hexagonales Bornitrid?
Hexagonales Bornitrid (h-BN) ist ein kristallines Material, das aus Bor- und Stickstoffatomen besteht, die in einer hexagonalen Schichtstruktur angeordnet sind. Unter den verschiedenen Polymorphen von Bornitrid ist h-BN die einzige Form, die in der Natur vorkommt. Es erscheint als weißes, weiches und gleitfähiges Material mit einer glatten Oberflächenbeschaffenheit. Aufgrund seiner strukturellen Ähnlichkeit mit Graphit wird hexagonales Bornitrid gemeinhin als “weißer Graphit” bezeichnet
Hexagonales bornitrid vereint eine Reihe funktioneller Eigenschaften, darunter Hochtemperaturbeständigkeit, chemische und Korrosionsstabilität, gute Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung, eine breite Bandlücke von etwa 5,5 eV, ultraviolette Emissionseigenschaften und Festschmierfähigkeit. Diese Eigenschaften machen h-BN zu einem technisch vielseitigen Material für anspruchsvolle industrielle und technische Anwendungen.
2. Strukturelle Merkmale von hexagonalem Bornitrid
Hexagonales Bornitrid gehört zum hexagonalen Kristallsystem und weist eine Schichtstruktur ähnlich wie Graphen auf. Jede Schicht besteht aus abwechselnd in der Ebene gebundenen Bor- und Stickstoffatomen, während benachbarte Schichten durch folgende Kräfte zusammengehalten werden van-der-Waals-Kräfte.
Die Gitterkonstanten von h-BN sind a = 0,2506 ± 0,0002 nm und c = 0,667 ± 0,0004 nm, bei einer Dichte von etwa 2,27 g/cm³.
An der Luft weist h-BN eine ausgezeichnete thermische und chemische Stabilität auf. Mit einer Bandlücke von ca. 5,1 eV bleibt es bis etwa 2270 °C stabil und beginnt bei Temperaturen nahe 3000 °C zu sublimieren. Das Material weist außerdem eine gute elektrische Isolierung, eine effektive Wärmeleitfähigkeit, eine geringe Wärmeausdehnung und eine hohe Beständigkeit gegen chemische Angriffe auf. Unter Umgebungsbedingungen reagiert h-BN weder mit schwachen Säuren noch mit starken Laugen.
3.Einzigartige Eigenschaften von h-BN
1) Stabile Feststoffschmierung
Aufgrund seiner geringen kovalenten Bindung und seiner geschichteten Kristallstruktur bietet h-BN eine stabile Festschmierung über einen weiten Temperaturbereich, von niedrigen Temperaturen bis zu etwa 900°C. Wenn die elektrische Leitfähigkeit oder chemische Reaktivität von Graphit seine Anwendung einschränkt, bietet h-BN eine zuverlässige Alternative.
2) Vakuum-kompatible Schmierung
Im Gegensatz zu Graphit hängt der Schmierungsmechanismus von h-BN nicht von adsorbierten Wassermolekülen ab. Daher bleibt die Reibung in Vakuumumgebungen gering, wodurch es sich für Luft- und Raumfahrtsysteme und industrielle Hochvakuumanlagen eignet.
3) Thermische Stabilität in verschiedenen Atmosphären
Hexagonales Bornitrid weist eine hohe thermische Stabilität unter verschiedenen Bedingungen auf:
- Bis zu 1000°C in Luft
- Bis zu 1400°C im Vakuum
- Bis zu 2800°C in Inertgasatmosphären
4) Wärmeleitfähigkeit mit elektrischer Isolierung
h-BN kombiniert eine effektive Wärmeübertragung mit einer hervorragenden elektrischen Isolierung. Diese einzigartige Kombination ermöglicht ein Wärmemanagement ohne elektrische Störungen, was für elektronische und Hochtemperatur-Isolationsanwendungen unerlässlich ist.
5) Chemische Inertheit und Nicht-Benetzbarkeit
Hexagonales Bornitrid ist chemisch inert gegenüber den meisten Säuren, Laugen und reaktiven Medien. Es wird nicht von geschmolzenen Metallen benetzt, wie aluminium, kupferoder eisendadurch eignet es sich besonders gut für metallurgische und Hochtemperatur-Verarbeitungsumgebungen.
6) Materialkompatibilität und Sicherheit
Dank seiner chemischen Stabilität und Biokompatibilität setzt h-BN bei der Verwendung keine schädlichen Stoffe frei und ist mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel, was sichere und zuverlässige Anwendungen in der Industrie und beim Verbraucher ermöglicht.
4. wofür wird hexagonales Bornitrid verwendet?
Hexagonales Bornitrid wird aufgrund seiner strukturellen Eigenschaften und seines ausgewogenen Eigenschaftsprofils in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt.
Wärmemanagement für die Elektronik
Da die Leistungsdichte und die Integration elektronischer Komponenten weiter zunehmen, ist eine effiziente Wärmeableitung von entscheidender Bedeutung. Hexagonales Bornitrid unterstützt ein effektives Wärmemanagement unter Beibehaltung der elektrischen Isolierung und eignet sich daher für elektronische Hochleistungsgeräte und Chip Packaging-Systeme.
Solide Schmierung
h-BN bietet eine stabile Schmierung von niedrigen Temperaturen bis zu 900°C, auch in oxidativen Atmosphären. Seine Leistung in Vakuumumgebungen erweitert seine Anwendbarkeit in der Luft- und Raumfahrt und in Hochvakuumsystemen.
Keramische und Verbundwerkstoffe
Durch Heißpressverfahren können h-BN-Pulver zu Hochtemperatur-Isolierkeramiken verarbeitet werden, die in der Elektronik- und Halbleiterherstellung verwendet werden, einschließlich CVD-Tiegeln, mikroelektronischen Verpackungskomponenten und Sputtertargets.
In Kombination mit Titandiborid können elektrisch leitfähige Verbundkeramiken für Vakuumabscheidungs- und Metallisierungsprozesse hergestellt werden.
Industrie- und Verteidigungsanwendungen
In der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Rüstungsindustrie und der Nichteisenmetallurgie wird h-BN wegen seiner Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, Korrosion und Temperaturschocks eingesetzt. Beschichtungen aus hexagonalem Bornitrid bieten dauerhaften Oberflächenschutz für Bauteile, die rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind.
Kosmetika und neutronenabsorbierende Beschichtungen
In kosmetischen Formulierungen verbessert h-BN die Haftung, die Deckkraft und die Gleichmäßigkeit des Auftrags und sorgt gleichzeitig für ein glattes, weiches Gefühl.
Darüber hinaus werden h-BN-basierte Beschichtungen aufgrund ihres Borgehalts und ihrer Neutronenabsorptionsfähigkeit in Neutronenabschirmungsanwendungen eingesetzt, bei denen sowohl funktionelle Leistung als auch Oberflächenaussehen erforderlich sind.
5.Schlussfolgerung
Sechseckiges Bornitrid ist ein technisch ausgereiftes und vielseitiges Material, das für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen geeignet ist. Seine Kombination aus thermischer Stabilität, elektrischer Isolierung, chemischer Inertheit und Festschmierfähigkeit macht es besonders geeignet für anspruchsvolle Umgebungen.
Da die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Effizienz und Materialleistung weiter steigen, bleibt h-BN eine wichtige Materialwahl für fortschrittliche technische und hochtechnologische Lösungen.