Το καρβίδιο του βορίου είναι ένας μαύρος κρύσταλλος με μεταλλική λάμψη, γνωστός και ως μαύρο διαμάντι, που ανήκει σε ανόργανα μη μεταλλικά υλικά. Προς το παρόν, όλοι είναι εξοικειωμένοι με το υλικό του καρβιδίου του βορίου, το οποίο μπορεί να οφείλεται στην εφαρμογή αλεξίσφαιρης θωράκισης, επειδή έχει τη χαμηλότερη πυκνότητα μεταξύ των κεραμικών υλικών, έχει τα πλεονεκτήματα του υψηλού συντελεστή ελαστικότητας και της υψηλής σκληρότητας και μπορεί να επιτύχει καλή χρήση μικρο-θραύματος για την απορρόφηση βλημάτων. Η επίδραση της ενέργειας, διατηρώντας παράλληλα το φορτίο όσο το δυνατόν χαμηλότερο. Αλλά στην πραγματικότητα, το καρβίδιο του βορίου έχει πολλές άλλες μοναδικές ιδιότητες, που μπορούν να το κάνουν να παίζει σημαντικό ρόλο σε λειαντικά, πυρίμαχα υλικά, πυρηνική βιομηχανία, αεροδιαστημική και άλλους τομείς.
Ιδιότητες τουκαρβίδιο του βορίου
Όσον αφορά τις φυσικές ιδιότητες, η σκληρότητα του καρβιδίου του βορίου είναι μόνο μετά από το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου και μπορεί να διατηρήσει υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ιδανικό υλικό ανθεκτικό στη φθορά σε υψηλή θερμοκρασία. η πυκνότητα του καρβιδίου του βορίου είναι πολύ μικρή (η θεωρητική πυκνότητα είναι μόνο 2,52 g/cm3), ελαφρύτερη από τα συνηθισμένα κεραμικά υλικά και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον αεροδιαστημικό τομέα. Το καρβίδιο του βορίου έχει ισχυρή ικανότητα απορρόφησης νετρονίων, καλή θερμική σταθερότητα και σημείο τήξης 2450 ° C, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως στην πυρηνική βιομηχανία. Η ικανότητα απορρόφησης νετρονίων του νετρονίου μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω με την προσθήκη στοιχείων Β. Τα υλικά καρβιδίου του βορίου με συγκεκριμένη μορφολογία και δομή έχουν επίσης ειδικές φωτοηλεκτρικές ιδιότητες. Επιπλέον, το καρβίδιο του βορίου έχει υψηλό σημείο τήξης, υψηλό συντελεστή ελαστικότητας, χαμηλό συντελεστή διαστολής και καλό. Αυτά τα πλεονεκτήματα το καθιστούν πιθανό υλικό εφαρμογής σε πολλούς τομείς όπως η μεταλλουργία, η χημική βιομηχανία, τα μηχανήματα, η αεροδιαστημική και η στρατιωτική βιομηχανία. Για παράδειγμα, ανθεκτικά στη διάβρωση και ανθεκτικά στη φθορά μέρη, κατασκευή αλεξίσφαιρης θωράκισης, ράβδοι ελέγχου αντιδραστήρα και θερμοηλεκτρικά στοιχεία κ.λπ.
Όσον αφορά τις χημικές ιδιότητες, το καρβίδιο του βορίου δεν αντιδρά με οξέα, αλκάλια και τις περισσότερες ανόργανες ενώσεις σε θερμοκρασία δωματίου και δύσκολα αντιδρά με οξυγόνο και αέρια αλογόνου σε θερμοκρασία δωματίου και οι χημικές του ιδιότητες είναι σταθερές. Επιπλέον, η σκόνη καρβιδίου του βορίου ενεργοποιείται από το αλογόνο ως παράγοντας διάτρησης χάλυβα και το βόριο διεισδύει στην επιφάνεια του χάλυβα για να σχηματίσει ένα φιλμ βοριδίου σιδήρου, ενισχύοντας έτσι την αντοχή και την αντοχή στη φθορά του υλικού και οι χημικές του ιδιότητες είναι εξαιρετικές.
Όλοι γνωρίζουμε ότι η φύση του υλικού καθορίζει τη χρήση, επομένως σε ποιες εφαρμογές η σκόνη καρβιδίου του βορίου έχει εξαιρετική απόδοση;Οι μηχανικοί του κέντρου Ε&Α τουUrbanMines Tech.Co., Ltd. έκανε την ακόλουθη περίληψη.
Εφαρμογή τουκαρβίδιο του βορίου
1. Το καρβίδιο του βορίου χρησιμοποιείται ως γυαλιστικό λειαντικό
Η εφαρμογή του καρβιδίου του βορίου ως λειαντικό χρησιμοποιείται κυρίως για λείανση και στίλβωση ζαφείριου. Μεταξύ των υπερσκληρών υλικών, η σκληρότητα του καρβιδίου του βορίου είναι καλύτερη από αυτή του οξειδίου του αλουμινίου και του καρβιδίου του πυριτίου, δεύτερη μετά το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου. Το ζαφείρι είναι το ιδανικότερο υλικό υποστρώματος για διόδους εκπομπής φωτός GaN/Al 2 O3 ημιαγωγών (LED), ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας SOI και SOS και υπεραγώγιμων μεμβρανών νανοδομής. Η ομαλότητα της επιφάνειας είναι πολύ υψηλή και πρέπει να είναι εξαιρετικά λεία Χωρίς βαθμό φθοράς. Λόγω της υψηλής αντοχής και της υψηλής σκληρότητας του κρυστάλλου ζαφείρι (Mohs hardness 9), έχει φέρει μεγάλες δυσκολίες στις επιχειρήσεις επεξεργασίας.
Από την άποψη των υλικών και της λείανσης, τα καλύτερα υλικά για την επεξεργασία και λείανση κρυστάλλων ζαφείρι είναι το συνθετικό διαμάντι, το καρβίδιο του βορίου, το καρβίδιο του πυριτίου και το διοξείδιο του πυριτίου. Η σκληρότητα του τεχνητού διαμαντιού είναι πολύ υψηλή (σκληρότητα Mohs 10) όταν τρίβετε τη γκοφρέτα ζαφείρι, θα γρατσουνίσει την επιφάνεια, θα επηρεάσει τη μετάδοση του φωτός της γκοφρέτας και η τιμή είναι ακριβή. Μετά την κοπή του καρβιδίου του πυριτίου, η τραχύτητα RA είναι συνήθως υψηλή και η επιπεδότητα είναι κακή. Ωστόσο, η σκληρότητα του πυριτίου δεν είναι αρκετή (σκληρότητα Mohs 7) και η δύναμη λείανσης είναι φτωχή, η οποία είναι χρονοβόρα και εντατική στη διαδικασία λείανσης. Ως εκ τούτου, το λειαντικό καρβίδιο του βορίου (σκληρότητα Mohs 9.3) έχει γίνει το ιδανικότερο υλικό για την επεξεργασία και λείανση κρυστάλλων ζαφείρι και έχει εξαιρετική απόδοση στην λείανση διπλής όψης γκοφρετών ζαφείρι και στην αραίωση πλάτης και στίλβωση επιταξιακών γκοφρετών LED με βάση το ζαφείρι.
Αξίζει να σημειωθεί ότι όταν το καρβίδιο του βορίου είναι πάνω από 600 ° C, η επιφάνεια θα οξειδωθεί σε φιλμ B2O3, το οποίο θα το μαλακώσει σε κάποιο βαθμό, επομένως δεν είναι κατάλληλο για ξηρή άλεση σε πολύ υψηλή θερμοκρασία σε λειαντικές εφαρμογές, μόνο κατάλληλο για γυαλιστικό υγρό άλεσμα. Ωστόσο, αυτή η ιδιότητα εμποδίζει την περαιτέρω οξείδωση του B4C, με αποτέλεσμα να έχει μοναδικά πλεονεκτήματα στην εφαρμογή πυρίμαχων υλικών.
2. Εφαρμογή σε πυρίμαχα υλικά
Το καρβίδιο του βορίου έχει τα χαρακτηριστικά της αντιοξειδωτικής αντοχής και της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία. Χρησιμοποιείται γενικά ως προηγμένα διαμορφωμένα και άμορφα πυρίμαχα υλικά και χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς της μεταλλουργίας, όπως σόμπες από χάλυβα και έπιπλα κλιβάνου.
Με τις ανάγκες εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης της κατανάλωσης στη βιομηχανία σιδήρου και χάλυβα και την τήξη χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και χάλυβα εξαιρετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, η έρευνα και η ανάπτυξη τούβλων μαγνησίας-άνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (γενικά <8% περιεκτικότητα σε άνθρακα) με εξαιρετικές επιδόσεις έχει προσελκύσει όλο και περισσότερο την προσοχή από εγχώριες και ξένες βιομηχανίες. Επί του παρόντος, η απόδοση των τούβλων μαγνησίας-άνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα γενικά βελτιώνεται με τη βελτίωση της δομής του συνδεδεμένου άνθρακα, τη βελτιστοποίηση της δομής μήτρας των τούβλων μαγνησίας-άνθρακα και την προσθήκη αντιοξειδωτικών υψηλής απόδοσης. Μεταξύ αυτών, χρησιμοποιείται γραφιτοποιημένος άνθρακας που αποτελείται από καρβίδιο βορίου βιομηχανικής ποιότητας και μερικώς γραφιτοποιημένο αιθάλη. Η μαύρη σύνθετη σκόνη, που χρησιμοποιείται ως πηγή άνθρακα και αντιοξειδωτικό για τούβλα με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα μαγνησίας-άνθρακα, έχει επιτύχει καλά αποτελέσματα.
Εφόσον το καρβίδιο του βορίου θα μαλακώσει σε κάποιο βαθμό σε υψηλή θερμοκρασία, μπορεί να προσκολληθεί στην επιφάνεια άλλων σωματιδίων υλικού. Ακόμη και αν το προϊόν είναι πυκνωμένο, το φιλμ οξειδίου B2O3 στην επιφάνεια μπορεί να δημιουργήσει μια συγκεκριμένη προστασία και να παίξει έναν αντιοξειδωτικό ρόλο. Ταυτόχρονα, επειδή οι στηλώδεις κρύσταλλοι που δημιουργούνται από την αντίδραση κατανέμονται στη μήτρα και τα κενά του πυρίμαχου υλικού, το πορώδες μειώνεται, η αντοχή της μέσης θερμοκρασίας βελτιώνεται και ο όγκος των παραγόμενων κρυστάλλων διαστέλλεται, γεγονός που μπορεί να επουλώσει τον όγκο συρρίκνωση και μείωση των ρωγμών.
3. Αλεξίσφαιρα υλικά που χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση της εθνικής άμυνας
Λόγω της υψηλής σκληρότητας, της υψηλής αντοχής, του μικρού ειδικού βάρους και του υψηλού επιπέδου βαλλιστικής αντίστασης, το καρβίδιο του βορίου είναι ιδιαίτερα σύμφωνο με την τάση των ελαφρών αλεξίσφαιρων υλικών. Είναι το καλύτερο αλεξίσφαιρο υλικό για την προστασία αεροσκαφών, οχημάτων, πανοπλιών και ανθρώπινων σωμάτων. τη στιγμή,Μερικές χώρεςέχουν προτείνει χαμηλού κόστους έρευνα αντιβαλλιστικής θωράκισης καρβιδίου του βορίου, με στόχο την προώθηση της μεγάλης κλίμακας χρήσης αντιβαλλιστικής θωράκισης καρβιδίου του βορίου στην αμυντική βιομηχανία.
4. Εφαρμογή στην πυρηνική βιομηχανία
Το καρβίδιο του βορίου έχει διατομή υψηλής απορρόφησης νετρονίων και ευρύ φάσμα ενέργειας νετρονίων και είναι διεθνώς αναγνωρισμένο ως ο καλύτερος απορροφητής νετρονίων για την πυρηνική βιομηχανία. Μεταξύ αυτών, το θερμικό τμήμα του ισοτόπου βορίου-10 είναι τόσο υψηλό όσο 347×10-24 cm2, δεύτερο μόνο μετά από μερικά στοιχεία όπως το γαδολίνιο, το σαμάριο και το κάδμιο, και είναι ένας αποτελεσματικός θερμικός απορροφητής νετρονίων. Επιπλέον, το καρβίδιο του βορίου είναι πλούσιο σε πόρους, ανθεκτικό στη διάβρωση, καλή θερμική σταθερότητα, δεν παράγει ραδιενεργά ισότοπα και έχει χαμηλή ενέργεια δευτερογενούς ακτίνας, επομένως το καρβίδιο του βορίου χρησιμοποιείται ευρέως ως υλικά ελέγχου και υλικά θωράκισης σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Για παράδειγμα, στην πυρηνική βιομηχανία, ο αερόψυκτος αντιδραστήρας υψηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιεί σύστημα διακοπής λειτουργίας μπάλας απορρόφησης βορίου ως δεύτερο σύστημα διακοπής λειτουργίας. Σε περίπτωση ατυχήματος, όταν το πρώτο σύστημα διακοπής λειτουργίας αποτύχει, το δεύτερο σύστημα διακοπής λειτουργίας χρησιμοποιεί μεγάλο αριθμό σφαιριδίων καρβιδίου βορίου Ελεύθερη πτώση στο κανάλι του ανακλαστικού στρώματος του πυρήνα του αντιδραστήρα κ.λπ., για να κλείσει ο αντιδραστήρας και να συνειδητοποιήσει το κρύο διακοπή λειτουργίας, όπου η απορροφητική μπάλα είναι μια σφαίρα γραφίτη που περιέχει καρβίδιο βορίου. Η κύρια λειτουργία του πυρήνα του καρβιδίου του βορίου στον αερόψυκτο αντιδραστήρα υψηλής θερμοκρασίας είναι ο έλεγχος της ισχύος και της ασφάλειας του αντιδραστήρα. Το τούβλο άνθρακα είναι εμποτισμένο με υλικό απορρόφησης νετρονίων καρβιδίου του βορίου, το οποίο μπορεί να μειώσει την ακτινοβολία νετρονίων του δοχείου πίεσης του αντιδραστήρα.
Προς το παρόν, τα υλικά βοριδίου για πυρηνικούς αντιδραστήρες περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα υλικά: καρβίδιο βορίου (ράβδοι ελέγχου, προστατευτικές ράβδοι), βορικό οξύ (μεταβαστής, ψυκτικό), χάλυβας βορίου (ράβδοι ελέγχου και υλικά αποθήκευσης για πυρηνικά καύσιμα και πυρηνικά απόβλητα), βόριο ευρώπιο (πυρήνας καύσιμο δηλητηριώδες υλικό) κ.λπ.