كربيد البورون عبارة عن بلورة سوداء ذات بريق معدني، تُعرف أيضًا باسم الماس الأسود، وهي تنتمي إلى مواد غير معدنية غير عضوية. في الوقت الحاضر، الجميع على دراية بمادة كربيد البورون، والتي قد تكون بسبب استخدام الدروع المضادة للرصاص، لأنها تتمتع بأقل كثافة بين المواد الخزفية، ولها مزايا معامل المرونة العالي والصلابة العالية، ويمكن أن تحقق الاستخدام الجيد. من الكسر الجزئي لامتصاص المقذوفات. تأثير الطاقة، مع إبقاء الحمل عند أدنى مستوى ممكن. ولكن في الواقع، يتمتع كربيد البورون بالعديد من الخصائص الفريدة الأخرى، والتي يمكن أن تجعله يلعب دورًا مهمًا في المواد الكاشطة والمواد المقاومة للحرارة والصناعة النووية والفضاء وغيرها من المجالات.
خصائصكربيد البورون
من حيث الخصائص الفيزيائية، فإن صلابة كربيد البورون تأتي فقط بعد نيتريد الماس والبورون المكعب، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على قوة عالية في درجات حرارة عالية، والتي يمكن استخدامها كمواد مثالية مقاومة للتآكل في درجات الحرارة العالية؛ كثافة كربيد البورون صغيرة جدًا (الكثافة النظرية 2.52 جم/سم 3 فقط)، وأخف وزنًا من المواد الخزفية العادية، ويمكن استخدامها في مجال الفضاء الجوي؛ يتمتع كربيد البورون بقدرة قوية على امتصاص النيوترونات، واستقرار حراري جيد، ونقطة انصهار تبلغ 2450 درجة مئوية، لذلك يستخدم أيضًا على نطاق واسع في الصناعة النووية. يمكن تحسين قدرة النيوترون على امتصاص النيوترونات بشكل أكبر عن طريق إضافة عناصر B؛ تتمتع مواد كربيد البورون ذات الشكل والبنية المحددة أيضًا بخصائص كهروضوئية خاصة؛ بالإضافة إلى ذلك، يتمتع كربيد البورون بنقطة انصهار عالية ومعامل مرونة عالي ومعامل تمدد منخفض وجيد. هذه المزايا تجعله مادة تطبيق محتملة في العديد من المجالات مثل المعادن والصناعات الكيماوية والآلات والفضاء والصناعة العسكرية. على سبيل المثال، الأجزاء المقاومة للتآكل والتآكل، وتصنيع الدروع المضادة للرصاص، وقضبان التحكم في المفاعلات، والعناصر الكهروحرارية، وما إلى ذلك.
من حيث الخواص الكيميائية، لا يتفاعل كربيد البورون مع الأحماض والقلويات ومعظم المركبات غير العضوية في درجة حرارة الغرفة، ونادرا ما يتفاعل مع غازات الأكسجين والهالوجين في درجة حرارة الغرفة، كما أن خواصه الكيميائية مستقرة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تنشيط مسحوق كربيد البورون بواسطة الهالوجين كعامل بوريد للصلب، ويتم اختراق البورون على سطح الفولاذ لتشكيل فيلم بوريد الحديد، وبالتالي تعزيز قوة ومقاومة التآكل للمادة، وخصائصها الكيميائية ممتازة.
نعلم جميعًا أن طبيعة المادة تحدد الاستخدام، ففي أي التطبيقات يتمتع مسحوق كربيد البورون بأداء متميز؟مهندسو مركز البحث والتطويرتكنولوجيا المناجم الحضرية.قدمت شركة Co., Ltd. الملخص التالي.
تطبيقكربيد البورون
1. يستخدم كربيد البورون كمادة تلميع كاشطة
يستخدم كربيد البورون كمادة كاشطة بشكل رئيسي لطحن وتلميع الياقوت. من بين المواد فائقة الصلابة، فإن صلابة كربيد البورون أفضل من صلابة أكسيد الألومنيوم وكربيد السيليكون، وتأتي في المرتبة الثانية بعد الماس ونيتريد البورون المكعب. الياقوت هو المادة الأساسية المثالية لأشباه الموصلات GaN/Al 2 O3 الباعثة للضوء (LEDs)، والدوائر المتكاملة واسعة النطاق SOI وSOS، وأفلام البنية النانوية فائقة التوصيل. نعومة السطح عالية جدًا ويجب أن تكون فائقة النعومة ولا يوجد بها أي درجة من الضرر. نظرًا للقوة العالية والصلابة العالية لكريستال الياقوت (صلابة موس 9)، فقد جلبت صعوبات كبيرة لشركات المعالجة.
من وجهة نظر المواد والطحن، فإن أفضل المواد لمعالجة وطحن بلورات الياقوت هي الماس الاصطناعي، وكربيد البورون، وكربيد السيليكون، وثاني أكسيد السيليكون. صلابة الماس الاصطناعي عالية جدًا (صلابة موس 10) عند طحن رقاقة الياقوت، سوف تخدش السطح، وتؤثر على نفاذية الضوء للرقاقة، والسعر باهظ الثمن؛ بعد قطع كربيد السيليكون، عادة ما تكون الخشونة RA مرتفعة والتسطيح ضعيف؛ ومع ذلك، فإن صلابة السيليكا ليست كافية (صلابة موس 7)، وقوة الطحن ضعيفة، وهي تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب عمالة مكثفة في عملية الطحن. ولذلك، أصبحت مادة جلخ كربيد البورون (صلابة موس 9.3) المادة الأكثر مثالية لمعالجة وطحن بلورات الياقوت، ولها أداء ممتاز في الطحن المزدوج لرقائق الياقوت وترقق الظهر وتلميع الرقائق الفوقية LED القائمة على الياقوت.
ومن الجدير بالذكر أنه عندما تكون درجة حرارة كربيد البورون أعلى من 600 درجة مئوية، سيتم أكسدة السطح إلى طبقة B2O3، مما سيؤدي إلى تليينه إلى حد معين، لذلك فهو غير مناسب للطحن الجاف عند درجة حرارة عالية جدًا في التطبيقات الكاشطة، فهو مناسب فقط لتلميع طحن السائل. ومع ذلك، تمنع هذه الخاصية B4C من التأكسد بشكل أكبر، مما يجعلها تتمتع بمزايا فريدة في تطبيق المواد المقاومة للحرارة.
2. التطبيق في المواد المقاومة للحرارة
يتميز كربيد البورون بخصائص مضادة للأكسدة ومقاومة درجات الحرارة العالية. يتم استخدامه بشكل عام كمواد حرارية متقدمة الشكل وغير مشكلة ويستخدم على نطاق واسع في مختلف مجالات المعادن، مثل المواقد الفولاذية وأثاث الفرن.
مع احتياجات توفير الطاقة وخفض الاستهلاك في صناعة الحديد والصلب وصهر الفولاذ منخفض الكربون والفولاذ منخفض الكربون للغاية، فإن البحث والتطوير لطوب المغنيسيا والكربون منخفض الكربون (محتوى الكربون بشكل عام أقل من 8٪) مع الأداء الممتاز اجتذبت المزيد والمزيد من الاهتمام من الصناعات المحلية والأجنبية. في الوقت الحاضر، يتم تحسين أداء طوب المغنيسيا والكربون منخفض الكربون بشكل عام من خلال تحسين هيكل الكربون المستعبد، وتحسين هيكل المصفوفة لطوب المغنيسيا والكربون، وإضافة مضادات الأكسدة عالية الكفاءة. من بينها، يتم استخدام الكربون المجرافيت المكون من كربيد البورون الصناعي وأسود الكربون المجراف جزئيًا. مسحوق مركب أسود، يستخدم كمصدر للكربون ومضاد للأكسدة للطوب منخفض الكربون والمغنيسيا والكربون، حقق نتائج جيدة.
نظرًا لأن كربيد البورون سوف يلين إلى حد ما عند درجة حرارة عالية، فيمكن ربطه بسطح جزيئات المواد الأخرى. حتى لو تم تكثيف المنتج، فإن طبقة أكسيد B2O3 الموجودة على السطح يمكن أن تشكل حماية معينة وتلعب دورًا مضادًا للأكسدة. في الوقت نفسه، نظرًا لتوزيع البلورات العمودية الناتجة عن التفاعل في المصفوفة وفجوات المادة المقاومة للحرارة، تقل المسامية، وتتحسن قوة درجة الحرارة المتوسطة، ويتوسع حجم البلورات المتولدة، مما يمكن أن يشفي الحجم الانكماش وتقليل الشقوق.
3. المواد المضادة للرصاص المستخدمة لتعزيز الدفاع الوطني
نظرًا لصلابته العالية، وقوته العالية، وجاذبيته النوعية الصغيرة، والمستوى العالي من المقاومة الباليستية، فإن كربيد البورون يتماشى بشكل خاص مع اتجاه المواد المضادة للرصاص خفيفة الوزن. وهي أفضل مادة مضادة للرصاص لحماية الطائرات والمركبات والدروع والأجسام البشرية؛ حالياً،بعض الدولاقترحت أبحاثًا منخفضة التكلفة للدروع المضادة للصواريخ الباليستية من كربيد البورون، بهدف تعزيز الاستخدام واسع النطاق للدروع المضادة للصواريخ الباليستية من كربيد البورون في صناعة الدفاع.
4. التطبيق في الصناعة النووية
يتمتع كربيد البورون بمقطع عرضي عالي الامتصاص للنيوترونات وطيف واسع من الطاقة النيوترونية، وهو معترف به دوليًا كأفضل ماص للنيوترونات في الصناعة النووية. من بينها، يصل القسم الحراري لنظائر البورون-10 إلى 347×10-24 سم2، وهو في المرتبة الثانية بعد عدد قليل من العناصر مثل الجادولينيوم، والسماريوم، والكادميوم، وهو ماص فعال للنيوترونات الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، فإن كربيد البورون غني بالموارد، ومقاوم للتآكل، واستقرار حراري جيد، ولا ينتج نظائر مشعة، وله طاقة شعاع ثانوية منخفضة، لذلك يستخدم كربيد البورون على نطاق واسع كمواد تحكم ومواد حماية في المفاعلات النووية.
على سبيل المثال، في الصناعة النووية، يستخدم المفاعل المبرد بالغاز ذو درجة الحرارة العالية نظام الإغلاق الكروي الممتص للبورون كنظام الإغلاق الثاني. في حالة وقوع حادث، عند فشل نظام الإغلاق الأول، يستخدم نظام الإغلاق الثاني عددًا كبيرًا من كريات كربيد البورون التي تسقط بشكل حر في قناة الطبقة العاكسة لقلب المفاعل، وما إلى ذلك، لإغلاق المفاعل وتحقيق البرودة الإغلاق، حيث تكون الكرة الممتصة عبارة عن كرة من الجرافيت تحتوي على كربيد البورون. تتمثل الوظيفة الرئيسية لنواة كربيد البورون في المفاعل المبرد بالغاز ذو درجة الحرارة العالية في التحكم في قوة وسلامة المفاعل. يتم تشريب الطوب الكربوني بمادة امتصاص النيوترونات من كربيد البورون، والتي يمكن أن تقلل من تشعيع النيوترونات في وعاء ضغط المفاعل.
في الوقت الحاضر، تشمل مواد البوريد للمفاعلات النووية بشكل رئيسي المواد التالية: كربيد البورون (قضبان التحكم، قضبان التدريع)، حمض البوريك (المهدئ، المبرد)، فولاذ البورون (قضبان التحكم ومواد تخزين الوقود النووي والنفايات النووية)، البورون اليوروبيوم. (المواد السامة الأساسية القابلة للاحتراق)، وما إلى ذلك.