O carburo de boro é un cristal negro con brillo metálico, tamén coñecido como diamante negro, que pertence aos materiais inorgánicos non metálicos. Na actualidade, todo o mundo está familiarizado co material do carburo de boro, que pode deberse á aplicación de armadura a proba de balas, porque ten a menor densidade entre os materiais cerámicos, ten as vantaxes dun alto módulo de elasticidade e alta dureza, e pode lograr un bo uso da microfractura para absorber proxectís. O efecto da enerxía, mantendo a carga o máis baixa posible. Pero, de feito, o carburo de boro ten moitas outras propiedades únicas, que poden facelo xogar un papel importante en abrasivos, materiais refractarios, industria nuclear, aeroespacial e outros campos.
Propiedades decarburo de boro
En termos de propiedades físicas, a dureza do carburo de boro é só posterior ao diamante e ao nitruro de boro cúbico, e aínda pode manter unha alta resistencia a altas temperaturas, o que se pode usar como un material ideal resistente ao desgaste a altas temperaturas; a densidade do carburo de boro é moi pequena (a densidade teórica é de só 2,52 g/cm3), máis lixeira que os materiais cerámicos ordinarios e pódese usar no campo aeroespacial; o carburo de boro ten unha forte capacidade de absorción de neutróns, boa estabilidade térmica e un punto de fusión de 2450 °C, polo que tamén se usa amplamente na industria nuclear. A capacidade de absorción de neutróns do neutrón pódese mellorar aínda máis engadindo elementos B; os materiais de carburo de boro con morfoloxía e estrutura específicas tamén teñen propiedades fotoeléctricas especiais; ademais, o carburo de boro ten un alto punto de fusión, un alto módulo elástico, un baixo coeficiente de expansión e boas. Estas vantaxes convérteno nun material de aplicación potencial en moitos campos como a metalurxia, a industria química, a maquinaria, a industria aeroespacial e a industria militar. Por exemplo, pezas resistentes á corrosión e ao desgaste, fabricación de blindaxe a proba de balas, barras de control de reactores e elementos termoeléctricos, etc.
En termos de propiedades químicas, o carburo de boro non reacciona con ácidos, álcalis e a maioría dos compostos inorgánicos a temperatura ambiente, e apenas reacciona con osíxeno e gases halóxenos a temperatura ambiente, e as súas propiedades químicas son estables. Ademais, o po de carburo de boro actívase co halóxeno como axente de boruración do aceiro, e o boro infíltrase na superficie do aceiro para formar unha película de boruro de ferro, mellorando así a resistencia e o desgaste do material, e as súas propiedades químicas son excelentes.
Todos sabemos que a natureza do material determina o uso, polo tanto, en que aplicacións o po de carburo de boro ten un rendemento excepcional?Os enxeñeiros do centro de I+D deTecnoloxía UrbanMinesCo., Ltd. fixo o seguinte resumo.
Aplicación decarburo de boro
1. O carburo de boro úsase como abrasivo de pulido
A aplicación do carburo de boro como abrasivo úsase principalmente para a moenda e o pulido de zafiro. Entre os materiais superduros, a dureza do carburo de boro é mellor que a do óxido de aluminio e o carburo de silicio, só superada polo diamante e o nitruro de boro cúbico. O zafiro é o material de substrato máis ideal para díodos emisores de luz (LED) semicondutores GaN/Al2O3, circuítos integrados a grande escala SOI e SOS e películas de nanoestruturas supercondutoras. A suavidade da superficie é moi alta e debe ser ultrasuave sen ningún grao de dano. Debido á alta resistencia e alta dureza do cristal de zafiro (dureza Mohs 9), trouxo grandes dificultades ás empresas de procesamento.
Desde a perspectiva dos materiais e a moenda, os mellores materiais para o procesamento e a moenda de cristais de zafiro son o diamante sintético, o carburo de boro, o carburo de silicio e o dióxido de silicio. A dureza do diamante artificial é demasiado alta (dureza Mohs 10); ao moer a oblea de zafiro, raiarase a superficie, afectarase á transmitancia da luz da oblea e o prezo é elevado; despois de cortar o carburo de silicio, a rugosidade RA adoita ser alta e a planitude é deficiente; non obstante, a dureza da sílice non é suficiente (dureza Mohs 7) e a forza de moenda é deficiente, o que leva moito tempo e traballo no proceso de moenda. Polo tanto, o abrasivo de carburo de boro (dureza Mohs 9,3) converteuse no material máis ideal para o procesamento e a moenda de cristais de zafiro, e ten un excelente rendemento na moenda de dobre cara de obleas de zafiro e no adelgazamento e pulido posterior de obleas epitaxiais LED baseadas en zafiro.
Cómpre mencionar que cando o carburo de boro está por riba dos 600 °C, a superficie oxidarase nunha película de B2O3, que a abrandará ata certo punto, polo que non é axeitado para a moenda en seco a temperaturas demasiado altas en aplicacións abrasivas, só é axeitado para o pulido de moenda líquida. Non obstante, esta propiedade impide que o B4C se oxide aínda máis, o que lle dá vantaxes únicas na aplicación de materiais refractarios.
2. Aplicación en materiais refractarios
O carburo de boro ten características antioxidantes e de resistencia a altas temperaturas. Úsase xeralmente como material refractario moldeado e non moldeado avanzado e é amplamente utilizado en varios campos da metalurxia, como fogóns de aceiro e mobles de forno.
Coas necesidades de aforro de enerxía e redución do consumo na industria siderúrxica e na fundición de aceiro baixo en carbono e aceiro ultrabaixo en carbono, a investigación e o desenvolvemento de ladrillos de magnesia-carbono baixos en carbono (xeralmente <8 % de contido de carbono) con excelente rendemento atraeron cada vez máis atención das industrias nacionais e estranxeiras. Na actualidade, o rendemento dos ladrillos de magnesia-carbono baixos en carbono mellórase xeralmente mellorando a estrutura do carbono unido, optimizando a estrutura da matriz dos ladrillos de magnesia-carbono e engadindo antioxidantes de alta eficiencia. Entre eles, utilízase carbono grafitado composto de carburo de boro de grao industrial e negro de carbono parcialmente grafitizado. O po composto negro, utilizado como fonte de carbono e antioxidante para ladrillos de magnesia-carbono baixos en carbono, obtivo bos resultados.
Dado que o carburo de boro se abranda ata certo punto a altas temperaturas, pode adherirse á superficie doutras partículas de material. Mesmo se o produto se densifica, a película de óxido de B2O3 na superficie pode formar unha certa protección e desempeñar un papel antioxidante. Ao mesmo tempo, debido a que os cristais columnares xerados pola reacción se distribúen na matriz e nos ocos do material refractario, a porosidade redúcese, a resistencia á temperatura media mellora e o volume dos cristais xerados expándese, o que pode curar a contracción do volume e reducir as gretas.
3. Materiais a proba de balas empregados para mellorar a defensa nacional
Debido á súa alta dureza, alta resistencia, baixa gravidade específica e alto nivel de resistencia balística, o carburo de boro está especialmente en liña coa tendencia dos materiais lixeiros a proba de balas. É o mellor material a proba de balas para a protección de aeronaves, vehículos, blindaxes e corpos humanos; actualmente,Algúns paísespropuxeron a investigación de blindaxe antibalística de carburo de boro de baixo custo, co obxectivo de promover o seu uso a grande escala na industria da defensa.
4. Aplicación na industria nuclear
O carburo de boro ten unha sección transversal de absorción de neutróns elevada e un amplo espectro de enerxía de neutróns, e está recoñecido internacionalmente como o mellor absorbente de neutróns para a industria nuclear. Entre eles, a sección térmica do isótopo boro-10 alcanza os 347 × 10-24 cm2, só por detrás duns poucos elementos como o gadolinio, o samario e o cadmio, e é un absorbente térmico de neutróns eficiente. Ademais, o carburo de boro é rico en recursos, resistente á corrosión, ten boa estabilidade térmica, non produce isótopos radioactivos e ten baixa enerxía de raios secundarios, polo que o carburo de boro úsase amplamente como material de control e material de blindaxe en reactores nucleares.
Por exemplo, na industria nuclear, o reactor refrixerado por gas a alta temperatura emprega un sistema de apagado por bólas absorbentes de boro como segundo sistema de apagado. En caso de accidente, cando falla o primeiro sistema de apagado, o segundo sistema de apagado emprega unha gran cantidade de gránulos de carburo de boro que caen libremente no canal da capa reflectante do núcleo do reactor, etc., para apagar o reactor e realizar un apagado en frío, onde a bóla absorbente é unha bóla de grafito que contén carburo de boro. A función principal do núcleo de carburo de boro no reactor refrixerado por gas a alta temperatura é controlar a potencia e a seguridade do reactor. O ladrillo de carbono está impregnado con material absorbente de neutróns de carburo de boro, o que pode reducir a irradiación de neutróns do recipiente a presión do reactor.
Na actualidade, os materiais boruros para reactores nucleares inclúen principalmente os seguintes materiais: carburo de boro (barras de control, barras de blindaxe), ácido bórico (moderador, refrixerante), aceiro borado (barras de control e materiais de almacenamento para combustible nuclear e residuos nucleares), boro europio (material velenoso combustíbel para o núcleo), etc.