کاربید بور یک کریستال سیاه با درخشش فلزی است ، همچنین به عنوان الماس سیاه شناخته می شود که متعلق به مواد غیر فلزی معدنی است. در حال حاضر ، همه با مواد کاربید بور آشنا هستند ، که ممکن است به دلیل استفاده از زره های ضد گلوله باشد ، زیرا کمترین چگالی را در بین مواد سرامیکی دارد ، دارای مزایای مدول الاستیک بالا و سختی زیاد است و می تواند برای جذب پرتابه ها به استفاده خوبی از میکرو قاب ها برسد. تأثیر انرژی ، ضمن نگه داشتن بار تا حد ممکن. اما در حقیقت ، Boron Carbide دارای بسیاری از خواص منحصر به فرد دیگر است که می تواند آن را در ساینده ها ، مواد نسوز ، صنعت هسته ای ، هوافضا و سایر زمینه ها نقش مهمی ایفا کند.
خصوصیاتکاربید
از نظر خصوصیات بدنی ، سختی کاربید بور تنها پس از الماس و نیترید بور مکعب است و هنوز هم می تواند در دماهای بالا مقاومت بالایی را حفظ کند ، که می تواند به عنوان یک ماده مقاوم در برابر سایش با درجه بالا استفاده شود. چگالی کاربید بور بسیار کوچک است (چگالی نظری فقط 2.52 گرم در سانتی متر مکعب است) ، سبک تر از مواد سرامیکی معمولی است و می تواند در میدان هوافضا مورد استفاده قرار گیرد. کاربید بور دارای توانایی جذب نوترون قوی ، ثبات حرارتی خوب و نقطه ذوب 2450 درجه سانتیگراد است ، بنابراین در صنعت هسته ای نیز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. توانایی جذب نوترون نوترون با افزودن عناصر B می تواند بیشتر بهبود یابد. مواد کاربید بور با مورفولوژی و ساختار خاص نیز دارای خواص فوتوالکتریک ویژه ای هستند. علاوه بر این ، کاربید بور دارای نقطه ذوب بالا ، مدول الاستیک بالا ، ضریب انبساط پایین و این مزایا است که آن را به یک ماده کاربردی بالقوه در بسیاری از زمینه ها مانند متالورژی ، صنعت شیمیایی ، ماشین آلات ، هوافضا و صنعت نظامی تبدیل می کند. به عنوان مثال ، قطعات مقاوم در برابر خوردگی و سایش ، ساخت زره ضد گلوله ، میله های کنترل راکتور و عناصر ترموالکتریک و غیره.
از نظر خواص شیمیایی ، کاربید بور با اسیدها ، قلیایی ها و بیشتر ترکیبات معدنی در دمای اتاق واکنش نشان نمی دهد و به سختی با گازهای اکسیژن و هالوژن در دمای اتاق واکنش نشان می دهد و خصوصیات شیمیایی آن پایدار است. علاوه بر این ، پودر کاربید بور توسط هالوژن به عنوان یک ماده سس فولادی فعال می شود و بور روی سطح فولاد نفوذ می کند تا یک فیلم بورید آهن تشکیل شود ، از این طریق استحکام و مقاومت سایش را تقویت می کند و خصوصیات شیمیایی آن بسیار عالی است.
همه ما می دانیم که ماهیت مواد استفاده را تعیین می کند ، بنابراین پودر کاربید بور عملکرد برجسته ای دارد؟مهندسان مرکز تحقیق و توسعهفناوری Urbanmines.شرکت ، آموزشی ویبولیتین خلاصه زیر را انجام داد.
کاربردکاربید
1. کاربید بور به عنوان جلا دادن ساینده استفاده می شود
استفاده از کاربید بور به عنوان ساینده عمدتاً برای سنگ زنی و جلا دادن یاقوت کبود استفاده می شود. در میان مواد فوق العاده ، سختی کاربید بور بهتر از اکسید آلومینیوم و کاربید سیلیکون است ، دوم فقط به الماس و نیترید بور مکعب. Sapphire ایده آل ترین ماده بستر برای نیمه هادی GAN/AL 2 O3 Diodes (LEDs) ، مدارهای یکپارچه در مقیاس بزرگ SOI و SOS و فیلم های نانوساختار ابررسانا است. صافی سطح بسیار زیاد است و باید فوق العاده صاف و بدون درجه آسیب باشد. با توجه به استحکام بالا و سختی زیاد کریستال یاقوت کبود (Mohs Hardness 9) ، این مشکلات را برای پردازش شرکت ها به همراه آورده است.
از منظر مواد و سنگ زنی ، بهترین مواد برای پردازش و سنگ زنی کریستال های یاقوت کبود عبارتند از: الماس مصنوعی ، کاربید بور ، کاربید سیلیکون و دی اکسید سیلیکون. سختی الماس مصنوعی بیش از حد زیاد است (Mohs Hardness 10) هنگام سنگ زنی ویفر یاقوت کبود ، سطح آن را خراش می دهد ، بر انتقال نور ویفر تأثیر می گذارد و قیمت آن نیز گران است. پس از برش کاربید سیلیکون ، زبری RA معمولاً زیاد است و صاف بودن آن ضعیف است. با این حال ، سختی سیلیس کافی نیست (Mohs Hardness 7) ، و نیروی سنگ زنی ضعیف است ، که در روند سنگ زنی بسیار وقت گیر و کار است. بنابراین ، ساینده کاربید بور (سختی Mohs 9.3) به ایده آل ترین مواد برای پردازش و سنگ زنی کریستال های یاقوت کبود تبدیل شده است و عملکرد بسیار خوبی در سنگ زنی دو طرفه وفرهای یاقوت کبود و نازک شدن و صیقل دادن و صیقل دادن ووفرهای Epitaxial LED مبتنی بر صدرنشین دارد.
شایان ذکر است که وقتی کاربید بور بالاتر از 600 درجه سانتیگراد است ، سطح در فیلم B2O3 اکسیده می شود ، که آن را تا حدی نرم می کند ، بنابراین برای سنگ زنی خشک در دمای بیش از حد در کاربردهای ساینده مناسب نیست ، فقط برای صیقل دادن آسیاب مایع مناسب است. با این حال ، این خاصیت مانع از اکسیداسیون بیشتر B4C می شود و باعث می شود مزایای منحصر به فردی در استفاده از مواد نسوز داشته باشد.
2. کاربرد در مواد نسوز
کاربید بور ویژگی های آنتی اکسیداسیون و مقاومت در برابر دمای بالا را دارد. این ماده به طور کلی به عنوان مواد نسوز پیشرفته و بدون شکل مورد استفاده قرار می گیرد و به طور گسترده در مزارع مختلف متالورژی مانند اجاق های فولادی و مبلمان کوره مورد استفاده قرار می گیرد.
با نیاز به صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف در صنعت آهن و فولاد و ذوب فولاد کربن کم کربن و فولاد کربن فوق العاده کم ، تحقیق و توسعه آجرهای کم منیزیم-کربن کربن (به طور کلی <8 ٪ محتوای کربن) با عملکرد عالی توجه بیشتری را از صنایع داخلی و خارجی به خود جلب کرده است. در حال حاضر ، عملکرد آجرهای کم منیزیم-کربن کربن به طور کلی با بهبود ساختار کربن پیوند خورده ، بهینه سازی ساختار ماتریس آجرهای منیزیم-کربن و افزودن آنتی اکسیدان های با راندمان بالا بهبود می یابد. در میان آنها ، کربن گرافیکی متشکل از کاربید بور درجه صنعتی و کربن کربن تا حدی گرافیت استفاده می شود. پودر کامپوزیت سیاه ، که به عنوان منبع کربن و آنتی اکسیدان برای آجرهای کم منیزیم-کربن کربن استفاده می شود ، به نتایج خوبی رسیده است.
از آنجا که کاربید بور در دمای بالا تا حدی نرم می شود ، می توان آن را به سطح ذرات مواد دیگر وصل کرد. حتی اگر محصول متراکم باشد ، فیلم اکسید B2O3 روی سطح می تواند یک محافظت خاص را ایجاد کند و نقش آنتی اکسیداسیون را بازی کند. در عین حال ، از آنجا که کریستال های ستونی تولید شده توسط واکنش در ماتریس و شکاف های مواد نسوز توزیع می شوند ، تخلخل کاهش می یابد ، استحکام دمای متوسط بهبود می یابد و حجم کریستال های تولید شده گسترش می یابد ، که می توانند کاهش حجم را بهبود بخشند و ترک ها را کاهش دهند.
3. مواد ضد گلوله مورد استفاده برای تقویت دفاع ملی
با توجه به سختی زیاد ، استحکام بالا ، گرانش مخصوص و سطح بالایی از مقاومت بالستیک ، کاربید بور به ویژه مطابق با روند مواد ضد گلوله سبک است. این بهترین ماده ضد گلوله برای محافظت از هواپیما ، وسایل نقلیه ، زره و بدن انسان است. در حال حاضر ،برخی از کشورهاتحقیقات زره پوش ضد بالستیک کاربید کم کاربید را با هدف ترویج استفاده در مقیاس بزرگ از زره های ضد بالستیک کاربید بور در صنعت دفاع پیشنهاد داده اند.
4. کاربرد در صنعت هسته ای
کاربید بور دارای سطح مقطع جذب نوترون بالا و طیف گسترده ای از انرژی نوترون است و در سطح بین المللی به عنوان بهترین جاذب نوترون برای صنعت هسته ای شناخته می شود. در میان آنها ، بخش حرارتی ایزوتوپ Boron-10 به اندازه 10-24 × 10-24 سانتی متر مربع 347 است که فقط به چند عنصر مانند گادولینیوم ، ساماریوم و کادمیوم دوم است و یک جاذب نوترون حرارتی کارآمد است. علاوه بر این ، کاربید بور سرشار از منابع ، مقاوم در برابر خوردگی ، ثبات حرارتی خوب است ، ایزوتوپهای رادیواکتیو را تولید نمی کند و دارای انرژی پرتوی ثانویه کم است ، بنابراین کاربید بور به عنوان مواد کنترل و محافظت از مواد در واکنشهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد.
به عنوان مثال ، در صنعت هسته ای ، راکتور خنک کننده گاز با دمای بالا از سیستم تعطیلی جذب توپ به عنوان سیستم خاموش کردن دوم استفاده می کند. در صورت بروز حادثه ، هنگامی که سیستم خاموش کردن اول شکست خورد ، سیستم خاموش کردن دوم از تعداد زیادی گلوله کاربید بور در کانال لایه بازتابی هسته راکتور و غیره قرار می گیرد تا راکتور را خاموش کند و متوجه خاموش شدن سرما شود ، جایی که توپ جذب کننده توپ گرافیتی است که حاوی کاربید بور است. عملکرد اصلی هسته کاربید بور در راکتور خنک کننده گاز با درجه حرارت بالا ، کنترل قدرت و ایمنی راکتور است. آجر کربن با ماده جذب نوترون کاربید بور آغشته شده است که می تواند تابش نوترون رگ فشار راکتور را کاهش دهد.
در حال حاضر ، مواد Boride برای راکتورهای هسته ای به طور عمده شامل مواد زیر است: کاربید بور (میله های کنترل ، میله های محافظ) ، اسید بوریک (مجری ، مایع خنک کننده) ، فولاد بور (میله های کنترل و مواد ذخیره سازی برای سوخت هسته ای و زباله های هسته ای) ، Boron Europium (مواد سمی قابل سوختگی هسته ای) و غیره.