Bor karbid je crni kristal s metalnim sjajem, poznat i kao crni dijamant, koji pripada neorganskim nemetalnim materijalima. Trenutno su svi upoznati s materijalom bor karbida, što može biti posljedica primjene u neprobojnom oklopu, jer ima najmanju gustoću među keramičkim materijalima, ima prednosti visokog modula elastičnosti i visoke tvrdoće, te može postići dobru upotrebu mikropukotina za apsorpciju projektila. Efekat energije, uz održavanje opterećenja što je moguće nižim. Ali u stvari, bor karbid ima mnoga druga jedinstvena svojstva, što ga može učiniti važnim u abrazivnim materijalima, vatrostalnim materijalima, nuklearnoj industriji, zrakoplovstvu i drugim oblastima.
Svojstvabor karbid
Što se tiče fizičkih svojstava, tvrdoća bor karbida je odmah iza dijamanta i kubnog bor nitrida, a i dalje može održati visoku čvrstoću na visokim temperaturama, što ga čini idealnim materijalom otpornim na habanje na visokim temperaturama; gustoća bor karbida je vrlo mala (teorijska gustoća je samo 2,52 g/cm3), lakši je od običnih keramičkih materijala i može se koristiti u vazduhoplovstvu; bor karbid ima snažnu sposobnost apsorpcije neutrona, dobru termičku stabilnost i tačku topljenja od 2450 °C, pa se široko koristi i u nuklearnoj industriji. Sposobnost apsorpcije neutrona može se dodatno poboljšati dodavanjem B elemenata; materijali od bor karbida sa specifičnom morfologijom i strukturom također imaju posebna fotoelektrična svojstva; osim toga, bor karbid ima visoku tačku topljenja, visok modul elastičnosti, nizak koeficijent širenja i dobra svojstva. Ove prednosti čine ga potencijalnim materijalom za primjenu u mnogim oblastima kao što su metalurgija, hemijska industrija, mašinogradnja, vazduhoplovstvo i vojna industrija. Na primjer, dijelovi otporni na koroziju i habanje, izrada neprobojnog oklopa, kontrolnih šipki reaktora i termoelektričnih elemenata itd.
Što se tiče hemijskih svojstava, bor karbid ne reaguje sa kiselinama, alkalijama i većinom neorganskih jedinjenja na sobnoj temperaturi, a teško reaguje sa kiseonikom i halogenim gasovima na sobnoj temperaturi, a njegova hemijska svojstva su stabilna. Osim toga, prah bor karbida se aktivira halogenom kao sredstvom za boridiranje čelika, a bor se infiltrira na površinu čelika formirajući film od željeznog borida, čime se povećava čvrstoća i otpornost materijala na habanje, a njegova hemijska svojstva su odlična.
Svi znamo da priroda materijala određuje njegovu upotrebu, pa u kojim primjenama prah bor karbida ima izvanredne performanse?Inženjeri iz centra za istraživanje i razvojUrbanMines Tech.Co., Ltd. je napravio sljedeći sažetak.
Primjenabor karbid
1. Borov karbid se koristi kao abraziv za poliranje
Primjena bor karbida kao abraziva uglavnom se koristi za brušenje i poliranje safira. Među supertvrdim materijalima, tvrdoća bor karbida je bolja od tvrdoće aluminijum oksida i silicijum karbida, odmah iza dijamanta i kubnog bor nitrida. Safir je najidealniji materijal za podlogu poluprovodničkih GaN/Al 2 O 3 svjetlećih dioda (LED), velikih integriranih kola SOI i SOS i superprovodljivih nanostrukturnih filmova. Glatkoća površine je vrlo visoka i mora biti ultra glatka bez stepena oštećenja. Zbog visoke čvrstoće i visoke tvrdoće safirnog kristala (Mohsova tvrdoća 9), to je donijelo velike poteškoće prerađivačkim preduzećima.
Sa stanovišta materijala i brušenja, najbolji materijali za obradu i brušenje safirnih kristala su sintetički dijamant, bor karbid, silicijum karbid i silicijum dioksid. Tvrdoća umjetnog dijamanta je previsoka (Mohsova tvrdoća 10) prilikom brušenja safirne pločice, što će ogrebati površinu, uticati na propusnost svjetlosti pločice, a cijena je visoka; nakon rezanja silicijum karbida, hrapavost RA je obično visoka, a ravnost loša; Međutim, tvrdoća silicijum dioksida nije dovoljna (Mohsova tvrdoća 7), a sila brušenja je slaba, što je dugotrajan i naporan proces brušenja. Stoga je abraziv od bor karbida (Mohsova tvrdoća 9,3) postao najidealniji materijal za obradu i brušenje safirnih kristala, te ima odlične performanse u dvostranom brušenju safirnih pločica i prorjeđivanju i poliranju LED epitaksijalnih pločica na bazi safira.
Vrijedi spomenuti da kada je temperatura bor karbida iznad 600 °C, površina će se oksidirati u film B2O3, što će ga do određene mjere omekšati, tako da nije pogodan za suho brušenje na previsokoj temperaturi u abrazivnim primjenama, već samo za poliranje tekućim brušenjem. Međutim, ovo svojstvo sprječava daljnju oksidaciju B4C, što mu daje jedinstvene prednosti u primjeni vatrostalnih materijala.
2. Primjena u vatrostalnim materijalima
Borov karbid ima karakteristike antioksidacije i otpornosti na visoke temperature. Općenito se koristi kao napredni oblikovani i neoblikovani vatrostalni materijal i široko se koristi u raznim područjima metalurgije, kao što su čelične peći i namještaj za peći.
S obzirom na potrebe za uštedom energije i smanjenjem potrošnje u industriji željeza i čelika te topljenjem niskougljičnog i ultraniskougljičnog čelika, istraživanje i razvoj niskougljičnih magnezijum-ugljičnih opeka (općenito <8% sadržaja ugljika) s izvrsnim performansama privukli su sve veću pažnju domaće i strane industrije. Trenutno se performanse niskougljičnih magnezijum-ugljičnih opeka općenito poboljšavaju poboljšanjem vezane ugljične strukture, optimizacijom matrične strukture magnezijum-ugljičnih opeka i dodavanjem visokoučinkovitih antioksidansa. Među njima se koristi grafitizirani ugljik sastavljen od industrijskog boron karbida i djelomično grafitizirane čađi. Crni kompozitni prah, koji se koristi kao izvor ugljika i antioksidans za niskougljične magnezijum-ugljične opeke, postigao je dobre rezultate.
Budući da će bor karbid do određene mjere omekšati na visokim temperaturama, može se vezati za površinu drugih čestica materijala. Čak i ako se proizvod zgusne, film oksida B2O3 na površini može formirati određenu zaštitu i igrati antioksidacijsku ulogu. Istovremeno, budući da su stupčasti kristali nastali reakcijom raspoređeni u matrici i prazninama vatrostalnog materijala, poroznost se smanjuje, čvrstoća na srednjoj temperaturi se poboljšava, a volumen generiranih kristala se širi, što može zacijeliti skupljanje volumena i smanjiti pukotine.
3. Materijali otporni na metke koji se koriste za jačanje nacionalne odbrane
Zbog svoje visoke tvrdoće, visoke čvrstoće, male specifične težine i visokog nivoa balističke otpornosti, bor karbid je posebno u skladu s trendom laganih neprobojnih materijala. To je najbolji neprobojni materijal za zaštitu aviona, vozila, oklopa i ljudskih tijela; trenutno,Neke zemljepredložili su istraživanje jeftinog antibalističkog oklopa od bor-karbida, s ciljem promoviranja masovne upotrebe antibalističkog oklopa od bor-karbida u obrambenoj industriji.
4. Primjena u nuklearnoj industriji
Bor karbid ima visok poprečni presjek apsorpcije neutrona i širok spektar neutronske energije, te je međunarodno priznat kao najbolji apsorber neutrona za nuklearnu industriju. Među njima, termički presjek izotopa bora-10 je visok i iznosi 347×10-24 cm2, što ga zaostaje samo za nekoliko elemenata poput gadolinija, samarija i kadmija, te je efikasan apsorber termalnih neutrona. Osim toga, bor karbid je bogat resursima, otporan na koroziju, ima dobru termičku stabilnost, ne proizvodi radioaktivne izotope i ima nisku energiju sekundarnog zračenja, pa se bor karbid široko koristi kao kontrolni materijal i zaštitni materijal u nuklearnim reaktorima.
Na primjer, u nuklearnoj industriji, visokotemperaturni plinom hlađeni reaktor koristi sistem za gašenje s boron apsorbirajućom kuglom kao drugi sistem za gašenje. U slučaju nesreće, kada prvi sistem za gašenje otkaže, drugi sistem za gašenje koristi veliki broj kuglica bor-karbida koje slobodno padaju u kanal reflektirajućeg sloja jezgra reaktora itd., kako bi se reaktor isključio i ostvarilo hladno gašenje, pri čemu je apsorbirajuća kugla grafitna kugla koja sadrži bor-karbid. Glavna funkcija jezgra bor-karbida u visokotemperaturnom plinom hlađenom reaktoru je kontrola snage i sigurnosti reaktora. Ugljična cigla je impregnirana neutronskim apsorbirajućim materijalom bor-karbida, što može smanjiti neutronsko zračenje reaktorske posude pod pritiskom.
Trenutno, boridni materijali za nuklearne reaktore uglavnom uključuju sljedeće materijale: bor karbid (kontrolne šipke, zaštitne šipke), borna kiselina (moderator, rashladno sredstvo), bor čelik (kontrolne šipke i materijali za skladištenje nuklearnog goriva i nuklearnog otpada), bor europijum (otrovni materijal koji može zapaliti jezgro) itd.