Le carbure de bore est un cristal noir avec un lustre métallique, également connu sous le nom de Diamond noir, qui appartient à des matériaux inorganiques non métalliques. À l'heure actuelle, tout le monde connaît le matériau du carbure de bore, qui peut être dû à l'application d'une armure pare-balles, car il a la plus faible densité parmi les matériaux en céramique, a les avantages du module élastique élevé et de la dureté élevée, et peut réaliser une bonne utilisation de la micro-fracture pour absorber les projectiles. L'effet de l'énergie, tout en gardant la charge aussi faible que possible. Mais en fait, le carbure de bore possède de nombreuses autres propriétés uniques, ce qui peut le faire jouer un rôle important dans les abrasifs, les matériaux réfractaires, l'industrie nucléaire, l'aérospatiale et d'autres domaines.
Propriétéscarbure de bore
En termes de propriétés physiques, la dureté du carbure de bore n'est qu'après le diamant et le nitrure de bore cubique, et il peut toujours maintenir une forte résistance à des températures élevées, qui peuvent être utilisées comme un matériau idéal à haute température; La densité du carbure de bore est très petite (densité théorique n'est que de 2,52 g / cm3), plus légère que les matériaux en céramique ordinaire et peut être utilisée dans le champ aérospatial; Le carbure de bore a une forte capacité d'absorption des neutrons, une bonne stabilité thermique et un point de fusion de 2450 ° C, il est donc également largement utilisé dans l'industrie nucléaire. La capacité d'absorption des neutrons du neutron peut être encore améliorée en ajoutant des éléments B; Les matériaux en carbure de bore avec une morphologie et une structure spécifiques ont également des propriétés photoélectriques spéciales; De plus, le carbure de bore a un point de fusion élevé, un module élastique élevé, un coefficient d'expansion faible et un bien ces avantages en font un matériel d'application potentiel dans de nombreux domaines tels que la métallurgie, l'industrie chimique, les machines, l'aérospatiale et l'industrie militaire. Par exemple, les pièces résistantes à la corrosion et résistantes à l'usure, ce qui rend l'armure pare-balles, les tiges de commande des réacteurs et les éléments thermoélectriques, etc.
En termes de propriétés chimiques, le carbure de bore ne réagit pas avec les acides, les alcalis et la plupart des composés inorganiques à température ambiante, et réagit à peine avec l'oxygène et les gaz halogènes à température ambiante, et ses propriétés chimiques sont stables. De plus, la poudre de carbure de bore est activée par halogène en tant qu'agent en cas de fith-acier, et le bore est infiltré à la surface de l'acier pour former un film de borure de fer, améliorant ainsi la résistance et la résistance à l'usure du matériau, et ses propriétés chimiques sont excellentes.
Nous savons tous que la nature du matériau détermine l'utilisation, alors dans quelles applications la poudre de carbure de bore a-t-elle des performances exceptionnelles?Les ingénieurs du centre R&D deUrbanmines Tech.Co., Ltd. a fait le résumé suivant.
Application decarbure de bore
1. Le carbure de bore est utilisé comme abrasif de polissage
L'application du carbure de bore comme abrasif est principalement utilisée pour le broyage et le polissage du saphir. Parmi les matériaux surhard, la dureté du carbure de bore est meilleure que celle de l'oxyde d'aluminium et du carbure de silicium, juste derrière le diamant et le nitrure de bore cubique. Le saphir est le matériau de substrat le plus idéal pour les diodes émettrices de semi-conductrices GAn / Al 2 O3 (LED), les circuits intégrés à grande échelle SOI et SOS et les films de nanostructure supraconducteurs. La douceur de la surface est très élevée et doit être ultra-lisse sans dommage. En raison de la force élevée et de la dureté élevée du cristal saphir (dureté Mohs 9), il a apporté de grandes difficultés à traiter les entreprises.
Du point de vue des matériaux et du broyage, les meilleurs matériaux pour le traitement et le broyage des cristaux saphir sont le diamant synthétique, le carbure de bore, le carbure de silicium et le dioxyde de silicium. La dureté du diamant artificiel est trop élevée (dureté Mohs 10) lors du broyage de la tranche de saphir, il rayera la surface, affectera la transmittance de la lumière de la tranche et le prix est cher; Après avoir coupé le carbure de silicium, la rugosité de la PR est généralement élevée et la planéité est mauvaise; Cependant, la dureté de la silice ne suffit pas (Mohs Dureté 7), et la force de broyage est mauvaise, ce qui prend du temps et à forte intensité de main-d'œuvre dans le processus de broyage. Par conséquent, l'abrasif du carbure de bore (dureté Mohs 9.3) est devenu le matériau le plus idéal pour le traitement et le broyage des cristaux saphir, et a d'excellentes performances dans le broyage double face des plaquettes saphir et un amincissement du dos et le polissage des plaquettes épitaxiales LED basées sur le saphir.
Il convient de mentionner que lorsque le carbure de bore est supérieur à 600 ° C, la surface sera oxydée en film B2O3, ce qui l'adoucira dans une certaine mesure, il ne convient donc pas au broyage sec à une température trop élevée dans les applications abrasives, qui convient uniquement au polissage du liquide. Cependant, cette propriété empêche le B4C d'être oxydée davantage, ce qui a fait ses avantages uniques dans l'application de matériaux réfractaires.
2. Application en matériaux réfractaires
Le carbure de bore a les caractéristiques de l'anti-oxydation et de la résistance à la température élevée. Il est généralement utilisé comme matériaux réfractaires de forme avancée et non à forme et est largement utilisé dans divers domaines de la métallurgie, tels que des poêles en acier et des meubles de four.
Avec les besoins de l'économie d'énergie et de la réduction de la consommation dans l'industrie du fer et de l'acier et la fusion de l'acier à faible teneur en carbone et de l'acier à carbone ultra-bas, la recherche et le développement de briques de magnésie à faible teneur en carbone (généralement <8% de teneur en carbone) avec des performances excellentes ont attiré l'attention des industries nationales et étrangères. À l'heure actuelle, les performances des briques de magnésie-carbone à faible teneur en carbone sont généralement améliorées en améliorant la structure du carbone collé, en optimisant la structure matricielle des briques de magnésie-carbone et en ajoutant des antioxydants à haute efficacité. Parmi eux, du carbone graphié composé de carbure de bore de qualité industrielle et de noir de carbone partiellement graphié est utilisé. La poudre composite noire, utilisée comme source de carbone et antioxydant pour les briques de magnésie-carbone à faible teneur en carbone, a obtenu de bons résultats.
Étant donné que le carbure de bore se ramollira dans une certaine mesure à haute température, il peut être attaché à la surface d'autres particules de matériau. Même si le produit est densifié, le film d'oxyde B2O3 à la surface peut former une certaine protection et jouer un rôle anti-oxydation. Dans le même temps, parce que les cristaux colonnes générés par la réaction sont distribués dans la matrice et les lacunes du matériau réfractaire, la porosité est réduite, la résistance à la température moyenne est améliorée et le volume des cristaux générés se dilate, ce qui peut guérir le retrait du volume et réduire les fissures.
3. Matériaux à l'épreuve des balles utilisés pour améliorer la défense nationale
En raison de sa dureté élevée, de sa forte résistance, de sa petite gravité spécifique et de son haut niveau de résistance balistique, le carbure de bore est particulièrement conforme à la tendance des matériaux de balles légers. Il s'agit du meilleur matériau pare-balles pour la protection des avions, des véhicules, des armures et des corps humains; actuellement,Certains paysont proposé la recherche sur les armures antibride au bore à faible coût, visant à promouvoir l'utilisation à grande échelle de l'armure anti-balistique du carbure de bore dans l'industrie de la défense.
4. Application dans l'industrie nucléaire
Le carbure de bore a une section transversale à absorption des neutrons élevés et un large spectre d'énergie à neutrons et est reconnu internationalement comme le meilleur absorbeur de neutrons pour l'industrie nucléaire. Parmi eux, la section thermique de l'isotope du boron-10 est aussi élevée que 347 × 10-24 cm2, juste après quelques éléments tels que le gadolinium, le samarium et le cadmium, et est un absorbeur de neutrons thermique efficace. De plus, le carbure de bore est riche en ressources, résistant à la corrosion, bonne stabilité thermique, ne produit pas d'isotopes radioactifs et a une faible énergie de rayons secondaires, de sorte que le carbure de bore est largement utilisé comme matériaux de contrôle et les matériaux de blindage dans les réacteurs nucléaires.
Par exemple, dans l'industrie nucléaire, le réacteur refroidi par gaz à haute température utilise le système d'arrêt de balle absorbant le bore comme deuxième système d'arrêt. En cas d'accident, lorsque le premier système d'arrêt échoue, le deuxième système d'arrêt utilise un grand nombre de granulés de carbure de bore tombant librement dans le canal de la couche réfléchissante du noyau du réacteur, etc., pour arrêter le réacteur et réaliser un arrêt à froid, dans lequel la balle absorbante est une boule de graphite contenant du carbure de bore. La fonction principale du noyau en carbure de bore dans le réacteur refroidi par gaz à haute température est de contrôler la puissance et la sécurité du réacteur. La brique de carbone est imprégnée de matériau d'absorption des neutrons en carbure de bore, ce qui peut réduire l'irradiation à neutrons du récipient de pression du réacteur.
À l'heure actuelle, les matériaux de borure pour les réacteurs nucléaires comprennent principalement les matériaux suivants: carbure de bore (tiges de commande, tiges de blindage), acide borique (modérateur, liquide de refroidissement), acier de bore (tiges de commande et matériaux de stockage pour le combustible nucléaire et les déchets nucléaires), le bore europium (noyau de poison brûlable), etc.