Différences de performances entre le nitrure de bore pyrolytique et le nitrure de bore pressé à chaud
Nitrure de boreest un matériau céramique avancé bien connu avec six phases cristallines, les plus courantes étant le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure de bore hexagonal (h-BN). Parmi ceux-ci, le c-BN, similaire au diamant, est principalement utilisé pour les outils de coupe, tandis que le h-BN, également connu sous le nom de graphite blanc en raison de sa structure en couches et de paramètres de réseau ressemblant au graphite, possède d'excellentes propriétés de conductivité thermique et d'isolation, ce qui en fait le phase cristalline la plus appréciée.
Cependant, même au sein du système cristallin hexagonal du nitrure de bore, il existe des variations distinctes basées sur différentes techniques de préparation. L'une est la céramique de nitrure de bore produite par des procédés de frittage à haute température tels que le frittage sans pression, le frittage à chaud et le frittage à chaud isostatique. Le frittage à chaud est généralement considéré comme une méthode de frittage idéale, produisant des céramiques à haute densité, résistance et processus de production matures, trouvant ainsi de nombreuses applications. L'autre variante est le nitrure de bore pyrolytique (PBN), préparé à l'aide de techniques de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Comparons ces deux en nous concentrant sur le nitrure de bore pressé à chaud et le nitrure de bore pyrolytique.
1.Nitrure de bore pressé à chaud
Nitrure de bore pressé à chaudest un matériau céramique fabriqué à l'aide de la technologie de frittage à chaud. Le processus de préparation spécifique consiste à placer la poudre séchée dans des moules en graphite spécialement conçus. Les moules sont ensuite soumis à une pression uniaxiale ou biaxiale tout en étant chauffés dans une certaine plage de température pour faciliter à la fois la mise en forme et le frittage. Ce chauffage et cette pressurisation simultanés perturbent la structure en couches du h-BN, favorisant le réarrangement des grains et abaissant efficacement la température et le temps de frittage.
Le nitrure de bore pressé à chaud est un excellent isolant électrique avec un pouvoir lubrifiant et une stabilité à haute température exceptionnels. Il conserve ses propriétés lubrifiantes et inertes même à des températures extrêmement élevées. Bien que sa résistance mécanique soit relativement plus faible, il possède une capacité thermique élevée, une excellente conductivité thermique, une résistance diélectrique exceptionnelle et une facilité de traitement. Sous atmosphère inerte, le nitrure de bore peut supporter des températures supérieures à 2000°C, ce qui en fait un matériau idéal pour l'isolation thermique à haute température.
De plus, le nitrure de bore pressé à chaud présente des caractéristiques anisotropes. Lorsque l'arrangement atomique est perpendiculaire à la direction de la pression, des liaisons solides se forment, ce qui se traduit par une résistance, des propriétés thermiques et électriques supérieures. Inversement, un alignement atomique parallèle à la direction de la pression forme des liaisons faibles, conduisant à un excellent pouvoir lubrifiant. Tirant parti de ces propriétés et de sa stabilité chimique, les céramiques de nitrure de bore sont utilisées pour diverses applications telles que les creusets pour la fusion des métaux évaporés, les bateaux, les tubes de transfert de métal liquide, les creusets pour la synthèse des cristaux de GaAs, les tuyères de fusée, les substrats de dispositifs haute puissance, les canalisations de métal en fusion, composants de pompe, moules en acier moulé et matériaux d'isolation.
2. Nitrure de bore pyrolytique (PBN)
Le processus de préparation du PBN diffère considérablement de celui du nitrure de bore pressé à chaud. Le PBN est produit à l'aide de la technologie de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans des conditions de haute température et de vide poussé. Cela implique le dépôt chimique en phase vapeur d'ammoniac et d'halogénures de bore pour former des matériaux PBN, qui peuvent être déposés sous forme de plaques minces ou directement sous forme de produits finaux tels que des tubes, des anneaux ou des récipients à parois minces.
Le PBN préparé par des réactions pyrolytiques à haute température présente une pureté élevée, une conductivité thermique élevée, une résistance mécanique, une bonne isolation électrique, une inertie chimique, une structure et des performances excellentes. Cela en fait un conteneur idéal pour la purification d'éléments, la croissance de cristaux semi-conducteurs composés et composés. PBN a diverses applications, y comprisÉvaporation OLEDunités, creusets de croissance de monocristaux semi-conducteurs (VGF, LEC), creusets d'évaporation pour épitaxie par faisceau moléculaire (MBE), réchauffeurs MOCVD, nacelles de synthèse polycristalline, panneaux d'isolation d'équipement à haute température et à vide poussé, et plus encore. Cependant, le PBN est plus cher en raison des taux de dépôt lents, ce qui rend les produits PBN relativement coûteux.
Bien que les deux variantes de nitrure de bore hexagonal partagent des applications communes telles que les creusets d'évaporation, les creusets de fusion et les panneaux isolants, leurs différences de performances conduisent toujours à des distinctions dans l'utilisation réelle. Par exemple, les produits PBN ont généralement des impuretés totales inférieures à 100 ppm, garantissant une pureté supérieure à 99,99 %. Cette pureté élevée rend les creusets PBN plus appréciés par l'industrie des semi-conducteurs et adaptés à des applications telles que les unités d'évaporation OLED et les creusets de croissance de monocristaux semi-conducteurs (VGF, LEC). La densité et la pureté élevées du PBN le rendent également largement utilisé dans les processus sous vide, y compris les panneaux isolants d'équipement à haute température et à vide poussé.
Il convient de noter que les processus CVD confèrent des structures en couches presque parfaites au PBN, ce qui entraîne une conductivité thermique anisotrope avec une différence d'environ 20 fois entre la direction de dépôt (axe a) et la perpendiculaire au plan de dépôt (axe C). Cette propriété fait du PBN un matériau idéal pour les creusets de croissance cristalline, comme dans le domaine de la croissance cristalline de GaAs.
Cependant, des considérations de coût entrent également en jeu pour certaines applications. Par exemple, dans les applications de fusion de métaux, bien que les creusets PBN aient une densité élevée et soient sans pores, ce qui rend difficile la pénétration du métal en fusion dans les parois du creuset, ils sont coûteux. Ainsi, même si l'utilisation de creusets PBN peut donner de meilleurs résultats, la production industrielle ne justifie pas toujours le luxe en raison du coût élevé.
En plus,nitrure de bore pressé à chauda aussi ses avantages. Il est plus facile à traiter et à façonner en fonction des besoins, ce qui le rend plus rentable pour des composants tels quepièces d'isolation de four à haute température,tubes de protection thermocouples,creusets ou des moules pour fondre le métals, buses à ruban amorphe et poudre métalliquebuses d'atomisationpourapplications à haute température. De plus, les progrès récents dans le processus de production de céramiques au nitrure de bore pressées à chaud ont permis à certaines d'entre elles de remplacer le PBN, mais avec la condition préalable cruciale de contrôler la teneur en impuretés, en particulier la teneur en oxygène, en silicium et en aluminium dans le matériau en poudre. En conclusion, le nitrure de bore pyrolytique et le nitrure de bore pressé à chaud ont chacun leurs propres avantages, et le choix doit être basé sur les exigences spécifiques des applications.
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