Elektrische Isolation
bei hoher thermischer Leitfähigkeit

Hexagonales Bornitrid und Graphit besitzen eine ähnliche Kristallstruktur Bornitrid ist jedochim Gegensatz zu Graphit ein hervorragender elektrischer Isolator. Der Grund: Der Stickstoff im Bornitrid bindet die äußeren Elektronen fest an sich.
Bornitrid ist zugleich ein guter Wärmeleiter. Bei der thermischen Leitfähigkeit bestehen Unterschiede zwischen Sinterkörpern und pulverförmigem Bornitrid, die mit den Herstellungsverfahren zusammenhängen.

1.Bornitrid-Sinterkörper (HeBoSint^®)
2.Bornitrid Pulver (HeBoFill^®)

Wird Bornitrid unter Zuhilfenahme einer – transienten – Flüssigphase gesintert, so behindert diese Korngrenzphase den Wärmetransfer innerhalb des Gefüges. Dennoch gehören Sinterkörper aus Bornitrid zu den wärmeleitfähigsten keramischen Werkstoffen:

Die thermische Leitfähigkeit hängt davon ab, ob es sich um reines Bornitrid oder um Mischkeramik handelt – bei BN-ZrO₂ (HeBoSint® O) ist sie niedriger, bei BN-AlN (HeBoSint® A) höher als bei reinem Bornitrid. Darüber hinaus ist die Wärmeleitfähigkeit von Bornitrid auch temperaturunabhängig: Bei extrem tiefen Temperaturen entspricht sie der von Edelstahl, bei hohen der von Berylliumoxid (BeO) und oberhalb 700°C übertrifft sie letztere sogar noch. Auch die elektrische Leitfähigkeit ist temperaturabhängig (hier dargestellt für ausgewählte HeBoSint®-Qualitäten):

Typische physikalische Werte von Sinterkörpern aus Bornitrid

(nach Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Electronic Release 1999)
Einen Vergleich der Eigenschaften von HeBoSint® O820 mit denen von Glaskeramik finden Sie als PDF zum Download unter Technical Information Boron Nitride vs. Glass Bonded Mica.

2. Bornitrid-Pulver (HeBoFill^®)
1. Bornitrid-Sinterkörper (HeBoSint^®)

Die Wärmeleitfähigkeit von Bornitrid-Pulver ist wesentlich höher als die anderer keramischer Füllstoffe wie etwa Quarzglas („fused silica“), Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. Dies ist im Wesentlichen auf die Anisotropie der hexagonalen Kristallstruktur von Bornitrid zurückzuführen:

Zwar beträgt die Wärmeleitfähigkeit in der z-Ebene nur 2 Wm^–¹K^–¹, erreicht aber senkrecht dazu in der x-y-Basalebene mehr als 400 Wm^–¹K^–¹ ! Bei optimierten Bornitrid-Typen resultiert daraus eine Gesamt-Wärmeleitfähigkeit von 300 Wm^–¹K^–¹. Die thermische Leitfähigkeit von Bornitrid ist nur geringfügig höher als die von Aluminiumnitrid. Beim Vergleich von Polymeren, die diese Füllstoffe enthalten, stellt man jedoch oft fest, dass Bornitrid-Compounds in dieser Hinsicht wesentlich besser abschneiden als zu erwarten wäre:

Der Grund: Bornitrid wirkt als Festschmierstoff, der die Fließfähigkeit des Polymersystems verbessert. Bei der Verarbeitung wirkt sich dies positiv auf die Beweglichkeit der hexagonalen Bornitridplättchen aus und begünstigt ihreTendenz, sich flächig aneinanderzulagern. Dadurch können durchgängige, thermisch leitfähige Ketten über die Basalebenen der einzelnen Kristallite entstehen.

Typische physikalische Literaturwerte pulverförmiger keramischer Werkstoffe