Cerámica de nitruro de boro en hornos de vacío

La cerámica de nitruro de boro (BN), especialmente el nitruro de boro hexagonal (H-BN), se destaca en hornos de vacío principalmente debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. El siguiente es un análisis detallado de su excelente rendimiento:

1. Excelente resistencia a alta temperatura

Alto punto de fusión: el punto de fusión del nitruro de boro es de aproximadamente 3000 grados, y se puede usar de manera estable en un entorno de vacío durante un largo tiempo a una temperatura alta de 1800 ~ 2000 grados, que es mucho más que la mayoría de los materiales cerámicos (por ejemplo, el punto de fusión de la alúmina es de 2072 grados).

Resistencia al choque térmico: bajo coeficiente de expansión térmica (≈1 × 10- ⁶\/ grado, similar al de cuarzo) combinado con una alta conductividad térmica (30 ~ 60 W\/ mk, dirección laminar vertical), de modo que no es fácil agrietarse en el rápido cambio de temperatura.

2. Excelente estabilidad química

Adaptabilidad del entorno inerte **: bajo atmósfera de vacío o inerte, tiene una fuerte resistencia a la corrosión a los metales fundidos (por ejemplo, aluminio, cobre), sales y ambiente ácido, evitando la reacción con los materiales del horno.

Baja tasa de desgasificación: casi sin liberación de gases (por ejemplo, H₂O, CO₂) a altas temperaturas, manteniendo un alto vacío (menor o igual a 1 × 10- ⁵ PA), reduciendo el riesgo de contaminación.

3. Propiedades únicas de aislamiento eléctrico y lubricación

Aislamiento de alta temperatura: resistividad de tan alta como 10¹⁴ ~ 10¹⁶ Ω-CM (todavía mantiene 10⁶ Ω-CM a 1000 grados), adecuado para aislar partes de los elementos de calefacción eléctricos vecinos.

Auto-lubricante: la estructura laminar proporciona un bajo coeficiente de fricción (0. 2 ~ 0. 3), reduciendo el desgaste de las piezas de contacto y extender la vida útil del servicio.

4. Balance entre maquinabilidad y resistencia mecánica

Machinabilidad fácil: la dureza de Mohs es solo 2, se puede mecanizar en formas complejas (como crisoles de paredes delgadas, accesorios de precisión), reduciendo los costos de fabricación.

Resistencia moderada: la resistencia a la flexión es de aproximadamente 30 ~ 100 MPa, que es menor que la del carburo de silicio (400 ~ 600 MPa), pero la capacidad de carga se puede mejorar mediante refuerzo compuesto (por ejemplo, agregando fibra SIC).

5. Escenarios de aplicación típicos

Fabricación de semiconductores: utilizado como placa de calefacción de equipos de MOCVD, conducción de calor uniforme para garantizar la calidad de la oblea epitaxial.

Tratamiento de metal: utilizado como material crisol para el horno de sinterización de vacío, fusión de aleación de titanio de alta pureza (como ti -6 al -4 v) sin contaminación.

Crecimiento del cristal: pantalla de aislamiento de calor para el horno de cristal único de zafiro, trabajando continuamente en 2000 grados durante 1000 horas sin deformación.

6.C.C.C.

VS Graphito: el grafito es conductor y tiene baja resistencia a alta temperatura (se suaviza fácilmente en la atmósfera inerte), mientras que H-BN es aislante y estable a alta temperatura.

VS al₂o₃: el óxido de aluminio tiene una conductividad térmica deficiente (~ 30 w\/ mk) y resistencia al choque térmico débil (coeficiente de expansión térmica de 8 × 10- ⁶\/ grado), no adecuado para un rápido aumento de la temperatura y escenarios de caída.

VS SI*: el carburo de silicio es eléctricamente conductivo y difícil de procesar, y no puede usarse para aislarse piezas.

7. Posibles limitaciones y mejoras

Riesgo de oxidación: se oxida a B₂O₃ en el aire por encima de 800 grados, requiere un mantenimiento estricto de vacío o atmósfera inerte.

Mejora de la resistencia: por compuesto de H-BN y Tib₂, la resistencia a la flexión se puede aumentar de hasta 200 MPa, extendiendo su aplicación en condiciones de carga pesada.

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