El carburo de boro es un cristal negro con brillo metálico, también conocido como Diamante Negro, que pertenece a materiales inorgánicos no metálicos. En la actualidad, todos están familiarizados con el material de carburo de boro, lo que puede deberse a la aplicación de una armadura a prueba de balas, ya que tiene la densidad más baja entre los materiales cerámicos, tiene las ventajas del módulo elástico y la alta dureza de alta elástica, y puede lograr un buen uso de la micro fractura para absorber proyectiles. El efecto de la energía, mientras mantiene la carga lo más baja posible. Pero, de hecho, el carburo de Boron tiene muchas otras propiedades únicas, lo que puede hacer que juegue un papel importante en los abrasivos, materiales refractarios, la industria nuclear, los aeroespaciales y otros campos.
Propiedades decarburo de boro
En términos de propiedades físicas, la dureza del carburo de boro es solo después de nitruro de diamantes y boro cúbico, y aún puede mantener una alta resistencia a altas temperaturas, lo que puede usarse como un material resistente al desgaste de alta temperatura ideal; La densidad del carburo de boro es muy pequeña (la densidad teórica es de solo 2,52 g/ cm3), más ligera que los materiales cerámicos ordinarios, y se puede usar en el campo aeroespacial; El carburo de boro tiene una fuerte capacidad de absorción de neutrones, buena estabilidad térmica y un punto de fusión de 2450 ° C, por lo que también se usa ampliamente en la industria nuclear. La capacidad de absorción de neutrones del neutrón puede mejorarse aún más agregando elementos B; Los materiales de carburo de boro con morfología y estructura específicas también tienen propiedades fotoeléctricas especiales; Además, el carburo de Boron tiene un alto punto de fusión, un alto módulo elástico, un coeficiente de baja expansión y buenas, estas ventajas lo convierten en un material de aplicación potencial en muchos campos, como metalurgia, industria química, maquinaria, industria aeroespacial e militar. Por ejemplo, piezas resistentes a la corrosión y resistentes al desgaste, que hacen una armadura a prueba de balas, varillas de control del reactor y elementos termoeléctricos, etc.
En términos de propiedades químicas, el carburo de boro no reacciona con ácidos, álcalis y la mayoría de los compuestos inorgánicos a temperatura ambiente, y apenas reacciona con gases de oxígeno y halógeno a temperatura ambiente, y sus propiedades químicas son estables. Además, el polvo de carburo de boro se activa por halógeno como un agente boredero de acero, y el boro se infiltra en la superficie del acero para formar una película de boruro de hierro, mejorando así la resistencia y resistencia al desgaste del material, y sus propiedades químicas son excelentes.
Todos sabemos que la naturaleza del material determina el uso, por lo que ¿en qué aplicaciones tiene un rendimiento sobresaliente de carburo de carburo?Los ingenieros del centro de I + D deUrbanMines Tech.Co., Ltd. hizo el siguiente resumen.
Aplicación decarburo de boro
1. El carburo de boro se usa como pulido abrasivo
La aplicación de carburo de boro como abrasivo se utiliza principalmente para moler y pulir el zafiro. Entre los materiales sobrealimentados, la dureza del carburo de boro es mejor que la del óxido de aluminio y el carburo de silicio, solo solo por diamante y nitruro de boro cúbico. Sapphire es el material de sustrato más ideal para los diodos de semiconductores Gan/Al 2 O3 emisores de luz (LED), circuitos integrados a gran escala SOI y SOS, y películas de nanoestructura superconductoras. La suavidad de la superficie es muy alta y debe ser ultra suave sin daños. Debido a la alta resistencia y la alta dureza del cristal de zafiro (Dureza 9 de Mohs 9), ha traído grandes dificultades para procesar empresas.
Desde la perspectiva de los materiales y la molienda, los mejores materiales para procesar y moler los cristales de zafiro son el diamante sintético, el carburo de boro, el carburo de silicio y el dióxido de silicio. La dureza del diamante artificial es demasiado alta (dureza de Mohs 10) Al moler la oblea de zafiro, rascará la superficie, afectará la transmitancia de la luz de la oblea y el precio es costoso; Después de cortar carburo de silicio, la rugosidad AR suele ser alta y la planitud es pobre; Sin embargo, la dureza de la sílice no es suficiente (dureza de Mohs 7), y la fuerza de molienda es pobre, lo que requiere mucho tiempo e intensivo en el trabajo en el proceso de molienda. Por lo tanto, el abrasivo de carburo de boro (dureza de Mohs 9.3) se ha convertido en el material más ideal para procesar y moler los cristales de zafiro, y tiene un excelente rendimiento en la rectificación a doble cara de obleas de zafiro y el adelgazamiento y el pulido de las obleas epitaxiales LED a base de zafiro.
Vale la pena mencionar que cuando el carburo de boro es superior a 600 ° C, la superficie se oxidará en una película B2O3, lo que la suavizará hasta cierto punto, por lo que no es adecuada para molienda seca a una temperatura demasiado alta en aplicaciones abrasivas, solo adecuada para pulir la rutina de líquido. Sin embargo, esta propiedad evita que B4C se oxida aún más, lo que hace que tenga ventajas únicas en la aplicación de materiales refractarios.
2. Aplicación en materiales refractarios
El carburo de boro tiene las características de antioxidación y alta resistencia a la temperatura. Generalmente se usa como materiales refractarios de forma avanzada y sin forma y se usa ampliamente en varios campos de metalurgia, como estufas de acero y muebles de horno.
Con las necesidades del ahorro de energía y la reducción del consumo en la industria del hierro y el acero y la fundición del acero bajo en carbono y el acero de carbono ultra bajo, la investigación y el desarrollo de ladrillos de magnesia de carbono bajo carbono (generalmente <8% de contenido de carbono) con un excelente rendimiento ha atraído más y más atención de las industrias nacionales y extranjeras. En la actualidad, el rendimiento de los ladrillos de carbono de magnesia bajos en carbono generalmente se mejora al mejorar la estructura de carbono unida, optimizando la estructura de la matriz de los ladrillos de magnesia-carbono y agregando antioxidantes de alta eficiencia. Entre ellos, se usa carbono grafitizado compuesto por carburo de boro de grado industrial y negro de carbono en parte grafitizado. El polvo compuesto negro, utilizado como fuente de carbono y antioxidante para ladrillos de magnesia baja en carbono, ha logrado buenos resultados.
Dado que el carburo de boro se suavizará en cierta medida a alta temperatura, se puede unir a la superficie de otras partículas de material. Incluso si el producto está densificado, la película de óxido B2O3 en la superficie puede formar una cierta protección y desempeñar un papel antioxidante. Al mismo tiempo, debido a que los cristales columnares generados por la reacción se distribuyen en la matriz y los espacios del material refractario, la porosidad se reduce, se mejora la resistencia a la temperatura media y se mejora el volumen de los cristales generados, lo que puede curar la reducción del volumen y reducir las grietas.
3. Materiales a prueba de balas utilizados para mejorar la defensa nacional
Debido a su alta dureza, alta resistencia, pequeña gravedad específica y un alto nivel de resistencia balística, el carburo de boro está especialmente en línea con la tendencia de los materiales a prueba de balas livianos. Es el mejor material a prueba de balas para la protección de aviones, vehículos, armaduras y cuerpos humanos; actualmente,Algunos paíseshan propuesto una investigación de armadura anti-balística de carburo de boro de bajo costo, con el objetivo de promover el uso a gran escala de la armadura anti-balística de carburo de boro en la industria de la defensa.
4. Aplicación en la industria nuclear
El carburo de boro tiene una sección transversal de absorción de neutrones y un amplio espectro de energía de neutrones, y es reconocido internacionalmente como el mejor absorbedor de neutrones para la industria nuclear. Entre ellos, la sección térmica del isótopo Boron-10 es tan alta como 347 × 10-24 cm2, segundo solo a unos pocos elementos, como gadolinio, samario y cadmio, y es un absorbedor eficiente de neutrones térmicos. Además, el carburo de boro es rico en recursos, resistente a la corrosión, buena estabilidad térmica, no produce isótopos radiactivos y tiene baja energía de rayos secundaria, por lo que el carburo de boro se usa ampliamente como materiales de control y materiales de protección en reactores nucleares.
Por ejemplo, en la industria nuclear, el reactor refrigerado por gas de alta temperatura utiliza el sistema de apagado de la pelota absorbente de boro como el segundo sistema de apagado. En el caso de un accidente, cuando el primer sistema de apagado falla, el segundo sistema de apagado utiliza una gran cantidad de gránulos de carburo de boro, caída libre en el canal de la capa reflectante del núcleo del reactor, etc., para apagar el reactor y realizar el apagado de frío, en el que la bola absorbente es una bola de grafito que contiene carburo de boro. La función principal del núcleo de carburo de boro en el reactor refrigerado por gas a alta temperatura es controlar la potencia y la seguridad del reactor. El ladrillo de carbono está impregnado con material absorbente de neutrones de carburo de boro, lo que puede reducir la irradiación de neutrones del vaso de presión del reactor.
En la actualidad, los materiales de boruro para reactores nucleares incluyen principalmente los siguientes materiales: carburo de boro (barras de control, varillas de blindaje), ácido bórico (moderador, refrigerante), acero de boro (barras de control y materiales de almacenamiento para combustible nuclear y desechos nucleares), europio de boro (material de veneno ardible de núcleo), etc.