Hexagonale Bornitridkeramik – auf dem Weg zum neuen Favoriten in verschiedenen Branchen

1. Luft- und Raumfahrtbereich

h-BN zeichnet sich durch hohe thermische Stabilität und geringe dielektrische Verluste aus und ist daher ein geeignetes Material für die Herstellung von Hochtemperatur-Antennenabdeckungen/-fenstern. Obwohl es Nachteile wie geringe Härte und unzureichende Beständigkeit gegen Regenerosion aufweist, bietet die Einbindung von SiliziumnitridDie Einarbeitung von Siliziumoxid und anderen Materialien in h-BN-Keramiken verbessert die Sintereigenschaften und nutzt gleichzeitig die Vorteile der einzelnen Komponenten. Dieser Verbundansatz erfüllt die komplexen Leistungsanforderungen an Hitzeschutz, Tragfähigkeit und Wellenübertragung von Antennenabdeckungen/-fenstern unter Flugbedingungen mit hohen Mach-Zahlen.

Für Hall-Triebwerke, die in Satelliten und Tiefraumsonden zur Lageregelung, zum Einschwenken in die Umlaufbahn, zum Transfer und zu Wartungsmissionen eingesetzt werden, müssen die Düsenmaterialien eine hohe Hitzebeständigkeit, Beständigkeit gegen Temperaturwechsel, elektrische Hochtemperaturisolierung, Beständigkeit gegen Ionenzerstäubung und geeignete Sekundärelektronenemissionskoeffizienten aufweisen. h-BN-Keramik ist das am besten geeignete Material für die Herstellung von Düsenkomponenten. Russland, Japan, die USA und die Europäische Union haben umfangreiche Forschungen zu h-BN-Keramik-Düsenmaterialien für Hall-Triebwerke durchgeführt und diese erfolgreich in entsprechenden Raumfahrzeugen eingesetzt. Auch Russland hat die experimentelle Verifizierung von Hall-Triebwerken und ihren Düsenkomponenten im Orbit an entsprechenden Satellitenmodellen und anderen Raumfahrzeugen abgeschlossen.

2. Metallurgieindustrie

h-BN und seine komplexen Phasenkeramiken finden breite Anwendung als Hochtemperatur-Feuerfestmaterialien, beispielsweise in TiB-, AlN-BN-Verdampfungsschalen, SigN-BN-Trennringen, speziellen Hochtemperatur-Elektrolyseuren aus Metall, Hochtemperatur-Kollapsvorrichtungen, Gießschalen usw. Mit zunehmender Forschungstiefe und wachsenden Anwendungsbedürfnissen konnten die Eigenschaften dieser Keramikwerkstoffe deutlich verbessert und ihre Anwendungsgebiete stetig erweitert werden.

Das Stranggießen von Dünnband ist ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Dünnbandstahl. Im Vergleich zum traditionellen Warmwalzverfahren bietet es Vorteile wie geringere Investitionskosten, einen einfacheren Produktionsprozess, einen niedrigen Energieverbrauch und niedrige Produktkosten. Die seitliche Dichtungsplatte ist eine wichtige Dichtungseinrichtung, die an beiden Enden der Gießwalze angebracht ist. Sie bildet ein Schmelzbad zwischen den Gießwalzen und dient dazu, das Austreten von flüssigem Metall zu verhindern, die Formgebung der Dünnbänder zu fördern und die Kantenqualität zu gewährleisten. Das Material muss daher eine gute Temperaturwechselbeständigkeit, Beständigkeit gegen Erosion durch flüssigen Stahl, hohe Volumenstabilität und Nichtbenetzbarkeit mit flüssigem Stahl aufweisen. VerschleißfestigkeitNachdem verschiedene Materialien wie traditionelle Feuerfestmaterialien und Quarzglasoxidationsfehler untersucht wurden, hat sich h-BN als vielversprechendstes Material erwiesen. Japan, die USA, Russland, Deutschland und andere metallurgische Technologienationen haben h-BN-Komplexkeramik-Seitendichtungsplatten systematisch erforscht und dabei Materialreihen wie SiAlON-BN, SiN-BN, AlN-BN, ZrO₂-BN und weitere entwickelt. Auch in China wurden entsprechende Forschungseinrichtungen mit experimentellen Tests unter simulierten Betriebsbedingungen beauftragt.

3. Elektronikindustrie

h-BN zeichnet sich durch hohe Isolations- und Wärmeleitfähigkeit aus und eignet sich als Wärmemanagement-Element in elektronischen Schaltungen. Werden ein- oder mehrlagige h-BN-Nanomaterialien mittels chemischer Gasphasenabscheidung oder Flüssigphasenabscheidung auf die Chipoberfläche aufgebracht, schützen sie diese nicht nur, sondern nutzen dank ihrer speziellen zweidimensionalen Struktur auch ihre hervorragende laterale Wärmeleitfähigkeit. Dadurch wird die lokale Wärme von Hochleistungselektronikbauteilen schnell lateral abgeleitet, die lokale Maximaltemperatur reduziert und somit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Bauelements verbessert. Darüber hinaus ist h-BN-Pulver ein idealer Polymerfüllstoff, der Harzen, Gummi, Kunststoffen und anderen Materialien beigemischt werden kann, um die Wärmeleitfähigkeit und die Isolationseigenschaften zu verbessern. Dies spielt eine wichtige Rolle bei der Anwendung von Polymermaterialien in flexiblen elektronischen Bauelementen.

In den letzten Jahren, mit der zunehmenden Intensität der Graphenforschung, haben auch zweidimensionale Bornitrid-Nanoschichten breite Aufmerksamkeit erlangt. Da die Struktur beider Materialien ähnlich ist, sich aber die elektrischen Eigenschaften stark unterscheiden, können sie Schicht für Schicht angeordnet werden, um hochwertige planare Heteroübergänge zu bilden. Diese weisen Merkmale wie geringe Gitterfehlanpassung, hohe Ladungsträgermobilität, einstellbare Bandbreite und weitere Eigenschaften auf und bieten breite Anwendungsmöglichkeiten in Mikro-Nanostrukturen von Hochfrequenztransistoren und optoelektronischen Bauelementen.

4. Weitere Einsatzmöglichkeiten in der Industrie

h-BN hat auch in anderen Bereichen ein breites Anwendungsspektrum: Borhaltige Verbindungen besitzen bestimmte Antineutronenstrahlungseigenschaften, h-BN kann auch in Verpackungsmaterialien zum Schutz vor Neutronenbestrahlung, in Strukturbauteilen von Atomreaktoren usw. verwendet werden. b-BN besitzt hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Stabilität und gute Hochtemperaturschmiereigenschaften, sodass es in Hochtemperaturschmierstoffen oder Trennmitteln, Schmelztrennmitteln usw. eingesetzt werden kann. Hochreines h-BN zeichnet sich durch gute Haftung, eine weiche und geschmeidige Textur sowie einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als herkömmliche Kosmetikpuder (wie Talkum, Glimmer usw.) aus und eignet sich als Füllstoff für hochwertige Kosmetikprodukte wie Puder, Lippenstift, Lipgloss, Hautpflegeprodukte usw. Jüngste Studien haben gezeigt, dass verschiedene Formen von h-BN durch die Bildung freier Radikale eine Reihe von Reaktionen auslösen oder katalysieren können, darunter die Acetylenchlorierung und die Propandehydrierung. Daher kann es als Träger für Katalysatoren dienen und durch Modifizierung und andere Verfahren direkt in katalytischen Reaktionen eingesetzt werden, was ein hohes Anwendungspotenzial birgt.