Karbid boru je černý krystal s kovovým leskem, známý také jako černý diamant, který patří mezi anorganické nekovové materiály. V současné době každý zná materiál karbidu bóru, což může být způsobeno aplikací neprůstřelného pancíře, protože má nejnižší hustotu mezi keramickými materiály, má výhody vysokého modulu pružnosti a vysoké tvrdosti a lze jej dobře využít. mikrofraktury pro pohlcení projektilů. Efekt energie při co nejnižší zátěži. Ale ve skutečnosti má karbid boru mnoho dalších jedinečných vlastností, díky kterým může hrát důležitou roli v brusivech, žáruvzdorných materiálech, jaderném průmyslu, letectví a dalších oborech.
Vlastnostikarbid boru
Z hlediska fyzikálních vlastností je tvrdost karbidu boru až po diamantu a kubickém nitridu boru a stále si dokáže udržet vysokou pevnost při vysokých teplotách, což lze použít jako ideální vysokoteplotní otěruvzdorný materiál; hustota karbidu boru je velmi malá (teoretická hustota je pouze 2,52 g/cm3), lehčí než běžné keramické materiály a lze jej použít v oblasti letectví; Karbid boru má silnou schopnost absorpce neutronů, dobrou tepelnou stabilitu a bod tání 2450 °C, takže je také široce používán v jaderném průmyslu. Absorpční schopnost neutronu lze dále zlepšit přidáním prvků B; materiály z karbidu boru se specifickou morfologií a strukturou mají také speciální fotoelektrické vlastnosti; kromě toho má karbid boru vysoký bod tání, vysoký modul pružnosti, nízký koeficient roztažnosti a dobré Tyto výhody z něj činí potenciální aplikační materiál v mnoha oblastech, jako je metalurgie, chemický průmysl, strojírenství, letecký a vojenský průmysl. Například díly odolné proti korozi a opotřebení, výroba neprůstřelných pancířů, regulační tyče reaktoru a termoelektrické prvky atd.
Z hlediska chemických vlastností karbid boru při pokojové teplotě nereaguje s kyselinami, zásadami a většinou anorganických sloučenin a při pokojové teplotě téměř nereaguje s kyslíkem a halogenovými plyny a jeho chemické vlastnosti jsou stabilní. Kromě toho je prášek karbidu boru aktivován halogenem jako boridačním činidlem pro ocel a bor je infiltrován na povrch oceli za vzniku filmu boridu železa, čímž se zvyšuje pevnost a odolnost materiálu proti opotřebení a jeho chemické vlastnosti jsou vynikající.
Všichni víme, že povaha materiálu určuje použití, takže ve kterých aplikacích má prášek karbidu boru vynikající výkon?Inženýři výzkumného a vývojového centraUrbanMines Tech.Co., Ltd. provedla následující shrnutí.
Aplikacekarbid boru
1. Karbid boru se používá jako leštící brusivo
Aplikace karbidu boru jako brusiva se používá především pro broušení a leštění safíru. Mezi supertvrdými materiály je tvrdost karbidu boru lepší než tvrdost oxidu hlinitého a karbidu křemíku, na druhém místě po diamantu a kubickém nitridu boru. Safír je nejideálnější substrátový materiál pro polovodičové GaN/Al 2 O3 světelné diody (LED), rozsáhlé integrované obvody SOI a SOS a supravodivé nanostrukturní filmy. Hladkost povrchu je velmi vysoká a musí být ultra hladká Bez stupně poškození. Vzhledem k vysoké pevnosti a vysoké tvrdosti safírového sklíčka (Mohsova tvrdost 9) přineslo zpracovatelským podnikům velké potíže.
Z hlediska materiálů a broušení jsou nejlepší materiály pro zpracování a broušení safírových krystalů syntetický diamant, karbid boru, karbid křemíku a oxid křemičitý. Tvrdost umělého diamantu je příliš vysoká (tvrdost podle Mohse 10) při broušení safírové destičky poškrábe povrch, ovlivní propustnost světla destičky a cena je drahá; po řezání karbidu křemíku je drsnost RA obvykle vysoká a rovinnost špatná; Tvrdost oxidu křemičitého však není dostatečná (tvrdost podle Mohse 7) a mlecí síla je špatná, což je při procesu broušení časově a pracně náročné. Brusivo z karbidu boru (tvrdost podle Mohse 9,3) se proto stalo nejideálnějším materiálem pro zpracování a broušení safírových krystalů a má vynikající výkon při oboustranném broušení safírových destiček a zpětném ztenčování a leštění epitaxních destiček LED na bázi safíru.
Za zmínku stojí, že při teplotě karbidu bóru nad 600 °C dojde k oxidaci povrchu na film B2O3, který jej do určité míry změkčí, takže není vhodný pro suché broušení při příliš vysoké teplotě v abrazivních aplikacích, pouze vhodné pro leštění tekutého brusu. Tato vlastnost však zabraňuje další oxidaci B4C, díky čemuž má jedinečné výhody při aplikaci žáruvzdorných materiálů.
2. Aplikace v žáruvzdorných materiálech
Karbid boru má antioxidační vlastnosti a odolnost vůči vysokým teplotám. Obecně se používá jako pokročilé tvarované a netvarované žáruvzdorné materiály a je široce používán v různých oblastech metalurgie, jako jsou ocelová kamna a nábytek do pecí.
S potřebami úspor energie a snížení spotřeby v železářském a ocelářském průmyslu a tavení nízkouhlíkové oceli a ultranízkouhlíkové oceli se výzkum a vývoj nízkouhlíkových magnézio-uhlíkových cihel (obecně <8% obsah uhlíku) s vynikajícím výkonem přitahuje stále více pozornosti domácích i zahraničních průmyslových odvětví. V současnosti se výkonnost nízkouhlíkových magnézio-uhlíkových cihel obecně zlepšuje zlepšením vázané uhlíkové struktury, optimalizací struktury matrice magnézio-uhlíkových cihel a přidáním vysoce účinných antioxidantů. Mezi nimi se používá grafitizovaný uhlík složený z průmyslového karbidu boru a částečně grafitizovaných sazí. Dobrých výsledků dosáhl černý kompozitní prášek, používaný jako zdroj uhlíku a antioxidant pro nízkouhlíkové magnézio-uhlíkové cihly.
Vzhledem k tomu, že karbid boru při vysoké teplotě do určité míry měkne, může být připojen k povrchu částic jiného materiálu. I když je produkt zahuštěný, film oxidu B2O3 na povrchu může tvořit určitou ochranu a hrát antioxidační roli. Současně, protože sloupcové krystaly generované reakcí jsou distribuovány v matrici a mezerách žáruvzdorného materiálu, je snížena poréznost, je zlepšena pevnost při střední teplotě a objem generovaných krystalů se rozšiřuje, což může zacelovat objem smrštění a snížení prasklin.
3. Neprůstřelné materiály používané k posílení národní obrany
Díky své vysoké tvrdosti, vysoké pevnosti, malé specifické hmotnosti a vysoké úrovni balistické odolnosti je karbid bóru především v souladu s trendem lehkých neprůstřelných materiálů. Je to nejlepší neprůstřelný materiál pro ochranu letadel, vozidel, brnění a lidských těl; v současné době,Některé zeměnavrhly nízkonákladový výzkum antibalistického pancíře z karbidu boru s cílem podpořit rozsáhlé použití antibalistického pancíře z karbidu boru v obranném průmyslu.
4. Aplikace v jaderném průmyslu
Karbid boru má vysoký průřez absorpce neutronů a široké spektrum energie neutronů a je mezinárodně uznáván jako nejlepší absorbér neutronů pro jaderný průmysl. Mezi nimi je tepelná sekce izotopu boru-10 až 347 × 10-24 cm2, na druhém místě po několika prvcích, jako je gadolinium, samarium a kadmium, a je účinným absorbérem tepelných neutronů. Kromě toho je karbid boru bohatý na zdroje, je odolný proti korozi, má dobrou tepelnou stabilitu, neprodukuje radioaktivní izotopy a má nízkou energii sekundárního paprsku, takže karbid boru je široce používán jako kontrolní materiály a stínící materiály v jaderných reaktorech.
Například v jaderném průmyslu využívá vysokoteplotní plynem chlazený reaktor jako druhý odstávkový systém bór absorbující kuličkový uzavírací systém. V případě havárie, kdy selže první odstávkový systém, druhý odstávkový systém využívá velké množství pelet karbidu boru Volný pád do kanálku reflexní vrstvy aktivní zóny reaktoru atd. k odstavení reaktoru a realizaci chladu. vypnutí, přičemž absorbující kuličkou je grafitová kulička obsahující karbid boru. Hlavní funkcí jádra z karbidu boru ve vysokoteplotním plynem chlazeném reaktoru je řídit výkon a bezpečnost reaktoru. Uhlíková cihla je impregnována materiálem absorbujícím neutrony z karbidu boru, který může snížit neutronové ozařování tlakové nádoby reaktoru.
V současnosti mezi boridové materiály pro jaderné reaktory patří zejména tyto materiály: karbid boru (regulační tyče, stínící tyče), kyselina boritá (moderátor, chladivo), bórová ocel (regulační tyče a skladovací materiály pro jaderné palivo a jaderný odpad), bór europium (jádro hořlavý jedovatý materiál) atd.