Boorikarbidi on musta kide, jolla on metallinen kiilto, joka tunnetaan myös mustana timanttina ja joka kuuluu epäorgaanisiin ei-metallisiin materiaaleihin. Tällä hetkellä kaikki tuntevat boorikarbidin materiaalin, mikä voi johtua luodinkestävän panssarin käytöstä, koska sillä on keraamisten materiaalien joukossa pienin tiheys, korkea kimmokerroin ja korkea kovuus, ja se voi tehokkaasti imeä ammuksia mikromurtumalla. Se vaikuttaa energiaan ja pitää kuormituksen mahdollisimman alhaisena. Itse asiassa boorikarbidilla on monia muita ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka voivat tehdä siitä tärkeän roolin hioma-aineissa, tulenkestävissä materiaaleissa, ydinteollisuudessa, ilmailu- ja avaruustekniikassa sekä muilla aloilla.
Ominaisuudetboorikarbidi
Fysikaalisten ominaisuuksien osalta boorikarbidin kovuus on vain timantin ja kuutiollisen boorinitridin jälkeinen, ja se pystyy silti säilyttämään korkean lujuuden korkeissa lämpötiloissa, joten sitä voidaan käyttää ihanteellisena korkean lämpötilan kulutusta kestävänä materiaalina; boorikarbidin tiheys on hyvin pieni (teoreettinen tiheys on vain 2,52 g/cm3), se on kevyempi kuin tavalliset keraamiset materiaalit ja sitä voidaan käyttää ilmailu- ja avaruusteollisuudessa; boorikarbidilla on vahva neutronien absorptiokyky, hyvä lämmönkestävyys ja sulamispiste 2450 °C, joten sitä käytetään laajalti myös ydinteollisuudessa. Neutronien neutronien absorptiokykyä voidaan parantaa lisäämällä B-elementtejä; tietyn morfologian ja rakenteen omaavilla boorikarbidimateriaaleilla on myös erityisiä valosähköisiä ominaisuuksia; lisäksi boorikarbidilla on korkea sulamispiste, korkea kimmokerroin, alhainen laajenemiskerroin ja hyvät nämä edut tekevät siitä potentiaalisen sovellusmateriaalin monilla aloilla, kuten metallurgiassa, kemianteollisuudessa, koneissa, ilmailu- ja sotilasteollisuudessa. Esimerkiksi korroosion- ja kulutuskestävien osien valmistuksessa, luodinkestävien panssarien, reaktorin säätösauvojen ja termoelektristen elementtien valmistuksessa jne.
Kemiallisten ominaisuuksien osalta boorikarbidi ei reagoi happojen, emästen ja useimpien epäorgaanisten yhdisteiden kanssa huoneenlämmössä, eikä se juurikaan reagoi hapen ja halogeenikaasujen kanssa huoneenlämmössä, ja sen kemialliset ominaisuudet ovat vakaat. Lisäksi halogeeni aktivoi boorikarbidijauheen teräksen boridointiaineena, ja boori imeytyy teräksen pintaan muodostaen rautaboridikalvon, mikä parantaa materiaalin lujuutta ja kulutuskestävyyttä, ja sen kemialliset ominaisuudet ovat erinomaiset.
Me kaikki tiedämme, että materiaalin luonne määrää käytön, joten missä sovelluksissa boorikarbidijauheella on erinomainen suorituskyky?Tutkimus- ja kehityskeskuksen insinööritUrbanMines Tech.Co., Ltd. teki seuraavan yhteenvedon.
Soveltaminenboorikarbidi
1. Boorikarbidia käytetään kiillotushioma-aineena
Boorikarbidia käytetään hioma-aineena pääasiassa safiirin hiomiseen ja kiillottamiseen. Superkovien materiaalien joukossa boorikarbidin kovuus on parempi kuin alumiinioksidin ja piikarbidin, toiseksi vain timantin ja kuutiollisen boorinitridin jälkeen. Safiiri on ihanteellisin substraattimateriaali puolijohde GaN/Al2O3 -valodiodeille (LED), suurille integroiduille piireille SOI ja SOS sekä suprajohtaville nanorakenteisille kalvoille. Pinnan sileys on erittäin korkea ja sen on oltava ultrasileä ilman vaurioita. Safiirikiteen korkean lujuuden ja kovuuden (Mohsin kovuus 9) vuoksi se on aiheuttanut suuria vaikeuksia jalostusyrityksille.
Materiaalien ja hiomisen näkökulmasta parhaat materiaalit safiirikivien työstämiseen ja hiomiseen ovat synteettinen timantti, boorikarbidi, piikarbidi ja piidioksidi. Keinotekoisen timantin kovuus on liian korkea (Mohsin kovuus 10), ja safiirikiekon hiominen voi naarmuttaa pintaa, vaikuttaa kiekon valonläpäisykykyyn ja nostaa hintaa. Piikarbidin työstämisen jälkeen karheus (RA) on yleensä korkea ja tasaisuus huono. Piidioksidin kovuus ei kuitenkaan ole riittävä (Mohsin kovuus 7), ja hiontavoima on heikko, mikä on aikaa vievää ja työlästä hiontaprosessissa. Siksi boorikarbidihioma-aineesta (Mohsin kovuus 9,3) on tullut ihanteellisin materiaali safiirikiekkojen työstämiseen ja hiomiseen, ja sillä on erinomainen suorituskyky safiirikiekkojen kaksipuolisessa hiomisessa sekä safiiripohjaisten LED-epitaksiaalikiekkojen takaisinohennuksessa ja kiillotuksessa.
On syytä mainita, että yli 600 °C:n lämpötilassa boorikarbidin pinta hapettuu B2O3-kalvoksi, joka pehmentää sitä jossain määrin. Siksi se ei sovellu kuivahiontaan liian korkeissa lämpötiloissa hankaavissa sovelluksissa, vaan ainoastaan kiillotusnestehiontaan. Tämä ominaisuus kuitenkin estää B4C:n hapettumisen edelleen, mikä tekee siitä ainutlaatuisia etuja tulenkestävien materiaalien käytössä.
2. Käyttö tulenkestävissä materiaaleissa
Boorikarbidilla on hapettumisenestokyky ja korkean lämpötilan kestävyys. Sitä käytetään yleisesti edistyneinä muotoiltuina ja muotoilemattomina tulenkestävien materiaalien valmistuksessa, ja sitä käytetään laajalti metallurgian eri aloilla, kuten teräsuuneissa ja uunikalusteissa.
Rauta- ja terästeollisuuden energiansäästö- ja kulutusvähennystarpeiden sekä vähähiilisen teräksen ja erittäin vähähiilisen teräksen sulatuksen myötä vähähiilisten magnesium-hiilitiilien (yleensä <8 % hiilipitoisuus) ja erinomaisen suorituskyvyn omaavien tutkimus- ja kehitystyö on herättänyt yhä enemmän huomiota sekä kotimaisessa että ulkomaisessa teollisuudessa. Tällä hetkellä vähähiilisten magnesium-hiilitiilien suorituskykyä parannetaan yleensä parantamalla sidottua hiilirakennetta, optimoimalla magnesium-hiilitiilien matriisirakennetta ja lisäämällä tehokkaita antioksidantteja. Näistä käytetään grafitoitua hiiltä, joka koostuu teollisuuslaatuisesta boorikarbidista ja osittain grafitoidusta hiilimustasta. Musta komposiittijauhe, jota käytetään hiilen lähteenä ja antioksidanttina vähähiilisten magnesium-hiilitiilien valmistuksessa, on saavuttanut hyviä tuloksia.
Koska boorikarbidi pehmenee jossain määrin korkeassa lämpötilassa, se voi kiinnittyä muiden materiaalihiukkasten pintaan. Vaikka tuotetta tiivistettäisiin, pinnalla oleva B2O3-oksidikalvo voi muodostaa tietyn suojan ja toimia hapettumisenestona. Samalla, koska reaktiossa syntyvät pylväsmäiset kiteet jakautuvat tulenkestävän materiaalin matriisiin ja rakoihin, huokoisuus vähenee, keskilämpötilan lujuus paranee ja muodostuneiden kiteiden tilavuus laajenee, mikä voi korjata tilavuuden kutistumista ja vähentää halkeamia.
3. Luodinkestävät materiaalit, joita käytetään maanpuolustuksen parantamiseen
Suuren kovuuden, lujuuden, pienen ominaispainon ja korkean ballistisen kestävyytensä ansiosta boorikarbidi on erityisen suosittu kevyiden luodinkestävä materiaalien trendin kannalta. Se on paras luodinkestävä materiaali lentokoneiden, ajoneuvojen, panssarien ja ihmiskehojen suojaamiseen. Tällä hetkellä...Joissakin maissaovat ehdottaneet edullista boorikarbidista valmistettua ballistista panssaria koskevaa tutkimusta, jonka tavoitteena on edistää boorikarbidista valmistettujen ballististen panssarien laajamittaista käyttöä puolustusteollisuudessa.
4. Sovellus ydinvoimateollisuudessa
Boorikarbidilla on korkea neutroniabsorbtiopotentiaali ja laaja neutronienergiaspektri, ja se on kansainvälisesti tunnustettu parhaaksi neutroniabsorboijaksi ydinvoimateollisuudessa. Näistä boori-10-isotoopin terminen poikkileikkaus on jopa 347 × 10⁻⁷ cm², toiseksi paras vain muutamien alkuaineiden, kuten gadoliniumin, samariumin ja kadmiumin, jälkeen, ja se on tehokas terminen neutroniabsorboija. Lisäksi boorikarbidi on runsasvarainen, korroosionkestävä, sillä on hyvä lämmönkestävyys, se ei tuota radioaktiivisia isotooppeja ja sillä on alhainen sekundäärinen säteilyenergia, joten boorikarbidia käytetään laajalti ohjausmateriaaleina ja suojamateriaaleina ydinreaktoreissa.
Esimerkiksi ydinvoimateollisuudessa korkean lämpötilan kaasujäähdytteisessä reaktorissa käytetään toisena sammutusjärjestelmänä booria absorboivaa kuulaa. Onnettomuuden sattuessa, kun ensimmäinen sammutusjärjestelmä vikaantuu, toinen sammutusjärjestelmä käyttää suurta määrää boorikarbidipellettejä, jotka putoavat vapaasti reaktorin sydämen heijastavan kerroksen kanavaan jne. reaktorin sammuttamiseksi ja kylmäsammutuksen toteuttamiseksi, jossa absorboiva kuula on boorikarbidia sisältävä grafiittipallo. Boorikarbidiytimen päätehtävänä korkean lämpötilan kaasujäähdytteisessä reaktorissa on säätää reaktorin tehoa ja turvallisuutta. Hiilitiili on kyllästetty boorikarbidista neutroneja absorboivalla materiaalilla, joka voi vähentää reaktorin paineastian neutronisäteilyä.
Tällä hetkellä ydinreaktorien boridimateriaaleihin kuuluvat pääasiassa seuraavat materiaalit: boorikarbidi (säätösauvat, suojatangot), boorihappo (moderaattori, jäähdytysneste), booriteräs (säätösauvat ja ydinpolttoaineen ja ydinjätteen varastointimateriaalit), boorieuropium (sydämessä palava myrkkymateriaali) jne.