Im letzten Beitrag ging es in erster Linie um die mechanischen Eigenschaften. Wir haben uns den wichtigsten Kenngrößen zur Beurteilung der Mechanik gewidmet. Heute gehen wir auf die elektrischen und thermischen Eigenschaften ein.
Da Bornitrid Kristalle eine ausgeprägte Plättchenform aufweisen, spielt es eine große Rolle, wie diese im Sinterkörper orientiert sind. Man spricht auch von einer Anisotropie des hexagonalen Bornitrids, also von einem richtungsabhängigen Eigenschaftsprofil. Abhängig von der Orientierung, welche senkrecht oder parallel zur Pressrichtung des Sinterkörpers sein kann, unterscheidet sich die jeweilige Kenngröße. Dies spielt sowohl bei der mechanischen, als auch bei der thermischen Auslegung eines Bauteils, eine entscheidende Rolle.
Thermoschockbeständigkeit: Viele Materialien sind thermoschockempfindlich. Das bedeutet, dass plötzliche Änderungen der Temperatur in einem Versagen des Materials resultieren können. Gründe für diese Empfindlichkeit sind durch Temperaturanstieg oder -abfall herbeigeführte innere Spannungen und auch die vergleichsweise hohe Sprödigkeit von Keramiken im Allgemeinen. Risse oder Abplatzungen sind demnach die Folge. Einflussgrößen sind, neben der geometrischen Randbedingungen, unter anderem der Wärmeausdehnungskoeffizient, der E-Modul, die Wärmeleitfähigkeit und die Festigkeit. Für das HeBoSint® SL-N 300 konnte bereits, anhand von exemplarischen Versuchen und durch Einsatz beim Kunden, eine Thermoschockbeständigkeit bei raschem Erhitzen (beispielsweise durch schlagartiges Fluten mit heißem Inertgas oder Kontakt mit metallischer Schmelze) ein Erhalt der mechanischen Eigenschaften bei Temperaturdifferenzen von mehr als 1600 K nachgewiesen werden.
Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt den Wärmestrom durch ein Material. Für einen elektrischen Isolator ist die Wärmeleitfähigkeit von Bornitrid vergleichsweise hoch. Im Falle des HeBoSint® SL-N 300 liegt die Wärmeleitfähigkeit parallel zur Pressrichtung, also durch die Plättchenebene, bei 27 W/mK und senkrecht zur Pressrichtung, in Plättchenebene, bei 45 W/mK, jeweils gemessen bei 20 °C.
Wärmeausdehnungskoeffizient: Dieser stoffspezifische Wert beschreibt, wie sich die räumlichen Abmessungen eines Bauteils mit der Änderung der Temperatur verändern. Das HeBoSint® SL-N 300 erreicht hier parallel zur Pressrichtung den Maximalwert von 4,6 [10-6/K] und senkrecht zur Pressrichtung den Wert von 2,5 [10-6/K], gemessen im Temperaturbereich von 20°C-1500 °C.
Maximale Einsatztemperatur: Die maximale Einsatztemperatur ist abhängig vom Prozessgas. An Luft bzw. in oxidierender Umgebung ist das HeBoSint® SL-N 300 bis ca. 900°C stabil. Bei dieser Temperatur beginnt das Material zu oxidieren, was zunächst in einer Gewichtszunahme resultiert. Mit steigender Temperatur ist eine Gewichtsabnahme zu sehen, welche durch die sukzessive Zersetzung zu begründen ist. In inerter Umgebung oder unter Vakuum ist das HeBoSint® SL-N 300 bis zu 1800°C stabil.
Spezifischer elektrischer Widerstand: Diese Messgröße gibt an, wie viel Spannung notwendig ist, um Strom einer bestimmten Amperezahl durch ein Material fließen zu lassen. Die große Stärke von Bornitrid als Isolator zeigt sich vor allem im Einsatzbereich höherer Temperaturen. Bei vielen anderen Keramiken bricht der spez. elektrische Widerstand bei erhöhter Temperatur deutlich schneller ein. Im Falle von unserem HeBoSint® SL-N 300 liegt der Wert bei >10-15 Ohm*cm.
Durchschlagfestigkeit: Die Durchschlagfestigkeit beschreibt die Widerstandsfähigkeit gegenüber Hochspannung. Anders formuliert ist darunter die Feldstärke, bei welcher ein schlagartiger Stromfluss entsteht, weil stark beschleunigte Elektronen das Material ionisieren und "durchschlagen“, zu verstehen. Auch im Bereich der Durchschlagfestigkeit weiß das HeBoSint® SL-N 300 zu überzeugen. Parallel zur Pressrichtung liegt der Wert bei ca. 100 kV/mm und senkrecht zur Pressrichtung bei ca. 80 kV/mm.
Zusammengefasst haben wir nun die mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften beleuchtet und es ist zu erkennen, wie die einzelnen Eigenschaften sich gegenseitig beeinflussen und zusammenwirken. Im nächsten Beitrag beleuchten wir die chemische Beständigkeit und die Gasdichtigkeit. Wenn dann alle Puzzleteile zusammengefügt sind, wird ersichtlich, was diesen Werkstoff in seiner Gesamtheit auszeichnet.
Wenn Sie mehr erfahren wollen oder Beratung wünschen, steht Ihnen unser technischer Vertrieb gerne zur Verfügung. Wir Beraten Sie gerne und finden gemeinsam mit Ihnen heraus, ob unser HeBoSint® SL-N 300 auch für Sie die passende Lösung sein kann.
Link zur technischen Beratung: https://www.henze-bnp.de/service/technischer-vertrieb.php
