¿Por qué y cuándo utilizar un crisol de nitruro de boro?

Introducción

Los crisoles son fundamentales en diversas industrias y la elección del material del crisol afecta significativamente la calidad y la eficiencia del proceso. Los crisoles de nitruro de boro (BN) han llamado la atención por sus propiedades únicas. Este artículo compara los crisoles de nitruro de boro con otros materiales de crisol comunes y destaca las ventajas del BN.

Inercia química:

Los crisoles BN son altamente inertes químicamente y resisten reacciones con metales fundidos y sustancias corrosivas. Esto minimiza la contaminación y preserva la integridad del material.

No humectante para metales fundidos:

Los crisoles de nitruro de boro tienen baja humectabilidad para los metales fundidos, lo que evita la adhesión y permite una fácil eliminación del material. Esta propiedad es beneficiosa para procesos que utilizan materiales reactivos y pegajosos, ya que reduce los problemas de adhesión.

Resistencia al choque térmico:

Los crisoles BN tienen una excelente resistencia al choque térmico y soportan rápidas fluctuaciones de temperatura sin agrietarse ni deformarse. Esto mejora la longevidad y confiabilidad del crisol, especialmente en aplicaciones con ciclos térmicos exigentes, a diferencia de los crisoles de cuarzo y alúmina.

Aislamiento electrico:

Los crisoles de nitruro de boro demuestran fuertes propiedades de aislamiento eléctrico, lo que los hace adecuados para procesos que requieren resistencia o aislamiento eléctrico. Esta característica es valiosa en aplicaciones como la fusión por inducción, donde se deben controlar las corrientes eléctricas, a diferencia de los crisoles de grafito que son conductores.

Comparar con crisoles de metal.

En comparación con los crisoles de metal, los crisoles de nitruro de boro presentan varias ventajas. Los productos metálicos ofrecen versatilidad en cuanto a métodos de procesamiento, permitiendo la creación de diversas formas e incluso crisoles de gran tamaño mediante soldadura. Sin embargo, los metales son propensos a reacciones químicas a altas temperaturas y su resistencia disminuye significativamente en tales condiciones. Se prefieren los metales refractarios como el molibdeno, el tungsteno y el tantalio debido a su tolerancia a las altas temperaturas. Sin embargo, cuanto más fuerte es la tolerancia a la temperatura de un metal, más difícil resulta darle forma y fabricarlo. El tungsteno y el tantalio, por ejemplo, son recursos escasos y los procesos de fabricación de sus crisoles, que consumen mucha energía, dificultan la reducción de costos. Estos crisoles metálicos pueden introducir impurezas en los materiales que se funden debido a su composición similar. Además, los crisoles metálicos tienen poca humectabilidad para el metal fundido en comparación con los materiales cerámicos. En consecuencia, los crisoles cerámicos, como los crisoles de nitruro de boro, ofrecen ventajas significativas en aplicaciones específicas.

Crisoles de tantalio

Comparado con el grafito

El grafito es una forma cristalina de carbono, caracterizada por su color negro oscuro a gris intenso. El grafito tiene una textura suave, una superficie lisa, conductividad e inercia química. Por lo tanto, se utiliza comúnmente para la producción de crisoles. Sin embargo, los crisoles de grafito sufren una corrosión significativa durante los procesos de fundición y fundición, lo que reduce su vida útil. Además, debido a la conductividad del grafito, en los hornos de inducción, las corrientes inducidas calientan el crisol de grafito en lugar del material que contiene. Esta propiedad podría resultar ventajosa en algunos casos, pero no adecuada para todos los materiales. Además, el elemento carbono del grafito puede alearse con muchos metales, introduciendo impurezas indeseables. Por el contrario, el nitruro de boro minimiza la posibilidad de que haya impurezas en el metal fundido. Las primeras formulaciones de nitruro de boro incorporaban aditivos como CaO como aglutinantes para facilitar la sinterización, lo que podría ser una impureza para el material fundido. A medida que continúan los avances en las técnicas de fabricación, los fabricantes han reducido la necesidad de aglutinantes en materiales de nitruro de boro. Por ejemplo, el nitruro de boro BN99 de QS Advanced Materials contiene solo aproximadamente un 0,3 % de CaO, mientras que las cerámicas de nitruro de boro TPBN de mayor pureza tienen niveles generales de impureza inferiores al 0,1 %.Tanto los materiales de grafito como de nitruro de boro ofrecen una gran procesabilidad, lo que permite el mecanizado CNC en varias formas. Por lo tanto, si el grafito puede producir formas complejas que suponen un desafío para otras cerámicas, el nitruro de boro puede lograr lo mismo.

En comparación con la cerámica de óxido.

El óxido de aluminio y el cuarzo son los materiales más comunes para los crisoles cerámicos de óxido. Los crisoles cerámicos de óxido no requieren protección contra el aire durante el proceso de producción, lo que genera costos de fabricación relativamente bajos, lo que los hace ampliamente utilizados. Sin embargo, las cerámicas de óxido son quebradizas y duras, lo que las hace difíciles de mecanizar utilizando métodos convencionales, y la precisión de su forma a partir de la sinterización directa es deficiente, lo que dificulta la creación de crisoles con formas precisas. Además, las cerámicas de óxido tienen coeficientes de expansión térmica mucho más altos en comparación con el nitruro de boro, y los crisoles cerámicos de óxido de alta densidad tienen poca resistencia al choque térmico. Por otro lado, al igual que los óxidos, la presencia de oxígeno en determinadas aplicaciones específicas es inaceptable, siendo necesario el uso de materiales alternativos.

Las cerámicas de carburo son materiales cerámicos resistentes a altas temperaturas de uso común, además de las cerámicas de óxido. Al igual que las cerámicas de óxido, son materiales muy duros y tienen métodos de procesamiento limitados después de la sinterización, como taladrado y rectificado. Un método relativamente económico para obtener cerámicas de carburo es mediante sinterización reactiva, pero este método a menudo da como resultado una cantidad significativa de carbono libre, lo que no es deseable para los crisoles. Por otro lado, el coste de fabricación de las cerámicas de carburo de alta pureza es considerablemente elevado, lo que a menudo dificulta su aplicación generalizada.

En comparación con otras cerámicas de nitruro

Al comparar los crisoles de nitruro de boro con otros crisoles cerámicos de nitruro surgen diferencias notables. El nitruro de silicio es el representante más común de las cerámicas de nitruro, además del nitruro de boro. Comparte características similares con las cerámicas de carburo: es dura, de alta resistencia y difícil de procesar. Personalizar un nuevo tamaño suele llevar más de un mes y los productos de nitruro de silicio de alta pureza son costosos. Por lo tanto, salvo casos concretos, no se recomienda el uso de nitruro de silicio como material de crisol. Lo mismo se aplica al nitruro de aluminio (que generalmente es más caro que el nitruro de silicio). Por el contrario, las ventajas de los crisoles de nitruro de boro son más evidentes. Químicamente, es similar a otras cerámicas de nitruro, pero es más blanda y puede procesarse en varias formas después de la sinterización. Esto permite que los fabricantes solo necesiten mantener existencias de piezas en bruto de nitruro de boro sinterizado y procesarlas rápidamente en productos de diferentes formas para los clientes.El cambio en los métodos de almacenamiento reduce significativamente los costos generales en comparación con otras cerámicas de nitruro. En consecuencia, el nitruro de boro se ha convertido en el material cerámico de nitruro más utilizado.

Conclusión

En resumen, los crisoles de nitruro de boro ofrecen una serie de ventajas que los diferencian de otros materiales de crisol. Su estabilidad a altas temperaturas, inercia química, propiedades no humectantes, resistencia al choque térmico y aislamiento eléctrico los convierten en la opción preferida en muchas industrias. Si bien materiales como el grafito, la alúmina, el cuarzo y el circonio tienen sus propias aplicaciones, los crisoles de nitruro de boro sobresalen en procesos exigentes que requieren temperaturas extremas, resistencia a reacciones químicas, adherencia mínima, resistencia al choque térmico y aislamiento eléctrico.

A medida que la tecnología continúa avanzando, se espera que crezca la demanda de crisoles de nitruro de boro, impulsada por su rendimiento y confiabilidad superiores. Las propiedades únicas del nitruro de boro lo convierten en una opción óptima para aplicaciones en ciencia de materiales, metalurgia y procesos químicos donde la precisión, la pureza y la eficiencia son primordiales. Al seleccionar crisoles de nitruro de boro, las industrias pueden mejorar sus procesos, mejorar la calidad del producto y lograr un mayor control sobre sus operaciones.