NITRURO DE BORO

•Variedades alotrópicas - Estructuras cristalinas•Comparación C vs. NB•Obtención Industrial•Usos y precauciones

Clasificación dentro de los Materiales de Ingeniería

• Metales

• Plásticos

• Materiales compuestos

• Cerámicos • A partir de Arcillas

•A base de óxidos

•Carburos

•Sílice

•Nitruros

Propiedades generales cerámicos

• Resistentes a altas temperaturas

• Inertes a productos químicos agresivos

• Resistencia al desgaste

• Baja conductividad eléctrica y térmica

• Alta dureza

Nitruro de Boro

• Fórmula química: NB

Átomo B

Átomo N

No metales. Electronegatividades cercanas

ENLACES COVALENTES

NO CONDUCE LA ELECTRICIDADGRAN DUREZA

ELECTRONES NO DISLOCADOSVARIA SEGÚN VARIEDAD

ALOTRÓPICA

PRIMERA GRAN DIFERENCIA CON EL C

Variedades Alotrópicas EL NB SE PUEDE ENCONTRAR EN DIVERSAS

ESTRUCTURAS CRISTALINAS . LAS DOS MAS IMPORTANTES SON LA ESTRUCTURA HEXAGONAL Y LA ESTRUCTURA CÚBICA.

• ANALOGÍA CARBONO- NB

CARBONONITRURO BORO• HEXAGONAL

•CUBICA

•GRAFITO

•DIAMANTE

SIMILAR UBICACIÓN DE AMBOS COMPUESTOS EN LA TABLA PERIODICA.

COMPARTE LA MAYORIA DE LAS PROPIEDADES

Recorte de la tabla periódica de los elementos.

ESTRUCTURA HEXAGONAL (h-NB)

ES LA ESTRUCTURA CRISTALINA MAS ESTABLE Y BLANDA DENTRO DE ESTE COMPUESTO.

Fuerzas dentro de una capa: enlaces covalentes

Fuerzas entre capas: Fuerzas de van der Walls.

ESTRUCTURA HEXAGONAL (h-NB)• Gran diferencia entre tipos de enlaces que intervienen

(covalente- fza. Van der Waals) causa alta anisotropía en la mayoría de las propiedades del h-NB

Por ejemplo:

•DUREZA

• COND. ELECTRICA Y TERMICA

Varían según la dirección en que me mueva.

Uso como lubricantes

No hay casi electrones dislocados entre las diferentes capas, lo que lo hace aislante.

Fuerzas débiles entre las diferentes capas. Fáciles de mover.

Entre las más altas conocidas.

ESTRUCTURA HEXAGONAL (h-NB)

•Baja dislocación de electrones Material incoloro

Nitruro boro hexagonal en polvo

“Grafito blanco”

ESTRUCTURA HEXAGONAL (h-NB)

COMPARACION GRAFITO- h NB: la estructura similar en el carbono corresponde al grafito.

GRAFITO h-NB

•Los enlaces son del mismo tipo en ambos compuestos

•El fenómenos de anisotropía del h-NB se produce también en el grafito.

ESTRUCTURA HEXAGONAL (h-NB)

COMPARACION GRAFITO- hNB

• Mayor dureza: el h-NB tiene mayor interacción entre los planos estructurales que el grafito, lo que le proporciona mayor dureza con respecto a este último.

• Su similitud hace que en ciertos compuestos como BC6N, el

carbono reemplaza a algunos átomos de B o N.

ESTRUCTURA CÚBICA (c-NB)

Es la segunda sustancia más dura que se conoce luego del diamante.

•Estructura cristalina espacial. Solo formada por enlaces covalentes

•Estructura mas compacta

Mayor dureza y densidad

Comparación entre las estructuras hexagonal y cúbica.

Ya no existen electrones dislocados por lo que el material es un aislante y no conduce la electricidad. Aunque es un excelente conductor del calor.

ESTRUCTURA CÚBICA (c-NB)

ESTRUCTURA CÚBICA (c-NB)

COMPARACION Diamante-cNB:

• Tiene dureza inferior que el diamante pero más estabilidad química y térmica

• Así como el diamante es menos estable que el grafito el c-NB es menos estable que el h-NB

Diamante c-NB

COMPARACION Diamante-cNB:• El c-NB tiene mejor estabilidad frente al calor y

los metales por lo que supera al diamante en aplicaciones mecánicas.

• ISOTROPÍA: en ambos compuestos las propiedades son mas homogéneas cualquier

dirección en que me mueva.

ESTRUCTURA CÚBICA (c-NB)

No existen más las capas como en el h-NB

RESUMEN PROPIEDADES Y COMPARACION

• w-NB : wurtize NB otra variedad alotrópica del NB

Comparacion con conductividades térmicas de los metales

OTRAS PROPIEDADES IMPORTANTES DEL NB( en cualquier variante alotrópica)

• Son estables a la descomposición aún a altas temperaturas. Estas varían según la atmosfera a la que se somete el material.

• Estabilidad química

• Cambia la estructura o se oxida recién a altas temperaturas y larga exposición.

• No es soluble en ácidos pero si en algunas sales.

SON VENTAJAS FRENTE A OTROS MATERIALES PARA SU UTILIZACIÓN INDUSTRIAL

Diagrama de fase del NB

Punto fusión: solo a altas presiones

Punto sublimación(1 atm): 2973ºc

•Se observan cambios estructurales en el sólido cuando cambian las condiciones de presión y temperatura

OTRAS VARIEDADES ALOTRÓPICAS

Obtención industrial Los compuestos de NB no se hallan en la naturaleza por lo

que deben ser sintetizados a partir de otras sustancias.

Preparación de h-NB: se obtiene por la reacción de trióxido de boro (B2O3) o hidróxido bórico ( B(OH)3) con amoníaco o urea (CO(NH2)2) en atmósfera de nitrógeno.

•B2O3 + 2 NH3 → 2 BN + 3 H2O (T = 900 °C)

•B(OH)3 + 3 NH3 → BN + 2 NH3 + 3 H2O (T = 900 °C)

•B2O3 + CO(NH2)2 → 2 BN + CO2 + 2 H2O (T > 1000 °C)

En polvo

Las reacciones anteriores derivan en NB amorfo sin ningún tipo de orden estructural, de pureza 92-95% y 5-8% de B2O3.

Evaporación B2O3 ( T> 1500ºC) Mayor concentración NB

Hot-pressing

Cristaliza en NB por templado

Obtención de h-NB

Maquinado• En partes o polvo

NB en polvo + B2O3

• En láminas finas Combustión del polvo NB en nitrógeno plasma(5000ºC)

•h-NB + IF7 + Cl3FCH4EXPLOSIVO extremamente sensible.

•Toners

•Lubricantes

Preparación de c-NB:

Se usa el mismo procedimiento que para producir diamante a partir de grafito. Se trata el NB hexagonal a alta presión y temperatura.

h-NB C-NBCondiciones:

•5-18 GPa

•1730-3230ºC

Mismas que para el

diamante

• Agregado Catalizador (Li, K, Mg, etc.) y oxido de boro.

Reduce P y T de trabajo

Cambian las propiedades.

Usos y aplicacionesHexagonal NB : es la variedad alotrópica mas usada. • Buen lubricante a altas y bajas temperaturas. Aún en

atmósferas oxidantes. Reemplaza al grafito.

• Como granulado fino en cosmética.

• Incluido en cerámicos, aleaciones, resinas, plásticos,

cauchos brindando a estos propiedades lubricantes, estabilidad

química y conductividad térmica (materiales compuestos).

• Usado en cerámicos para equipamiento de alta temperatura

debido a su estabilidad térmica y química.

• Usado en construcción de rodamientos y aceros.

Hexagonal NB :

• Relleno de plásticos (material compuesto)

confiriéndoles a estos menor expansión térmica.

• En electrónica debido a su capacidad dieléctrica y

propiedades térmicas.

• En impresoras láser, como barrera de fuga de la carga

del tambor.

• En la industria automotriz se mezcla con aglutinante

(oxido de boro) para su uso en sellos de oxígeno para

ajustar la alimentación de gasolina.

• Pinturas, cementos dentales, electrodos, etc.

• Adición a cerámicas de silicio alúmina y titanio.

Mejora resistencia al choque térmico

• Polietileno + NB Escudo en naves espaciales para protección contra la radiación.

OTROS USOS COMO MATERIAL COMPUESTO

Usos y aplicacionesNB cúbico:• Mayormente usado como abrasivo. Su uso es amplio ya

que no se disuelve en aleaciones de hierro, níquel, etc. a altas temperaturas, como si lo hace el diamante. Su nombre comercial es “borazon”

Fresado

• Molienda por bolas (tambores)

•Herramientas corte y pulido.

•Trituración.

•Maquinado ( CNC tools)

•Rectificado Torneado

Herramientas de corte con cNB depositados. Matriz de níquel.

Muelas de rectificado

Materiales compuestos.

Herramientas de cortes de tornos y fresas.

•Electrónica

•Partículas de NB en cuchillos de cocina.

Otras formas de NB, usos y aplicaciones

• NB en fibras: se usa en el refuerzo de materiales compuestos con matrices que van desde resinas orgánicas hasta metales.

• NB en nanomembranas: estructura especial. Material del futuro, aplicaciones en computación quántica, nanocatálisis, etc.

• Nanotubos de NB: estructura del h-NB enrollada. Aplicaciones aeroespaciales, como material compuesto para naves espaciales.

Precauciones

El NB mostró débil actividad fibrogénica que causa neumoconiosis. Solo en altas concentraciones.

http://en.wikipedia.org/wiki/Boron_nitride

http--www.espatentes.com-pdf-2251351_t3.pdf

http://www.utp.edu.co/php/revistas/ScientiaEtTechnica/docsFTP/143258216-221.pdf

http://www.diprotex.com/spip.php?rubrique74

http://www.esk.com/en/materials/materials/boron-nitride-n.html?gclid=CKKq_5Svk6ECFUQf7god3lcqOg

LINKS

POSTEADO EN : http://www.slideshare.net