Borov karbid je crni kristal s metalnim sjajem, također poznat kao crni dijamant, koji pripada anorganskim nemetalnim materijalima. Trenutno su svi upoznati s materijalom bor karbida, što može biti zbog primjene u neprobojnom oklopu, jer ima najmanju gustoću među keramičkim materijalima, ima prednosti visokog modula elastičnosti i visoke tvrdoće, te može postići dobru upotrebu mikropukotina za apsorpciju projektila. Učinak energije, uz održavanje opterećenja što je moguće nižim. Ali zapravo, bor karbid ima mnoga druga jedinstvena svojstva, što mu može dati važnu ulogu u abrazivima, vatrostalnim materijalima, nuklearnoj industriji, zrakoplovstvu i drugim područjima.
Svojstvaborov karbid
Što se tiče fizičkih svojstava, tvrdoća borovog karbida je odmah iza dijamanta i kubnog borovog nitrida, a i dalje može održavati visoku čvrstoću na visokim temperaturama, što ga čini idealnim materijalom otpornim na habanje na visokim temperaturama; gustoća borovog karbida je vrlo mala (teorijska gustoća je samo 2,52 g/cm3), lakši je od običnih keramičkih materijala i može se koristiti u zrakoplovnoj industriji; borov karbid ima snažnu sposobnost apsorpcije neutrona, dobru toplinsku stabilnost i talište od 2450 °C, pa se široko koristi i u nuklearnoj industriji. Sposobnost apsorpcije neutrona može se dodatno poboljšati dodavanjem B elemenata; borov karbidni materijali sa specifičnom morfologijom i strukturom također imaju posebna fotoelektrična svojstva; osim toga, borov karbid ima visoko talište, visoki modul elastičnosti, nizak koeficijent širenja i dobra svojstva. Ove prednosti čine ga potencijalnim materijalom za primjenu u mnogim područjima kao što su metalurgija, kemijska industrija, strojevi, zrakoplovna i vojna industrija. Na primjer, dijelovi otporni na koroziju i habanje, izrada neprobojnih oklopa, kontrolnih šipki reaktora i termoelektričnih elemenata itd.
Što se tiče kemijskih svojstava, borov karbid ne reagira s kiselinama, lužinama i većinom anorganskih spojeva na sobnoj temperaturi, a teško reagira s kisikom i halogenim plinovima na sobnoj temperaturi, a njegova kemijska svojstva su stabilna. Osim toga, prah borovog karbida aktivira se halogenom kao sredstvom za boridiranje čelika, a bor se infiltrira na površinu čelika stvarajući film željeznog borida, čime se povećava čvrstoća i otpornost materijala na habanje, a njegova kemijska svojstva su izvrsna.
Svi znamo da priroda materijala određuje upotrebu, pa u kojim primjenama prah bor karbida ima izvanredne performanse?Inženjeri iz centra za istraživanje i razvojUrbanMines Tech.Co., Ltd. je napravio sljedeći sažetak.
Primjenaborov karbid
1. Borov karbid se koristi kao abraziv za poliranje
Primjena borovog karbida kao abraziva uglavnom se koristi za brušenje i poliranje safira. Među supertvrdim materijalima, tvrdoća borovog karbida je bolja od tvrdoće aluminijevog oksida i silicijevog karbida, odmah iza dijamanta i kubnog borovog nitrida. Safir je najidealniji supstratni materijal za poluvodičke GaN/Al 2 O 3 svjetleće diode (LED), velike integrirane krugove SOI i SOS te supravodljive nanostrukturne filmove. Glatkoća površine je vrlo visoka i mora biti ultra glatka bez stupnja oštećenja. Zbog visoke čvrstoće i visoke tvrdoće safirnog kristala (Mohsova tvrdoća 9), uzrokovao je velike poteškoće prerađivačkim poduzećima.
S gledišta materijala i brušenja, najbolji materijali za obradu i brušenje safirnih kristala su sintetički dijamant, borov karbid, silicijev karbid i silicijev dioksid. Tvrdoća umjetnog dijamanta je previsoka (Mohsova tvrdoća 10) prilikom brušenja safirne pločice, što će ogrebati površinu, utjecati na propusnost svjetlosti pločice, a cijena je visoka; nakon rezanja silicijevog karbida, hrapavost RA je obično visoka, a ravnost loša; međutim, tvrdoća silicija nije dovoljna (Mohsova tvrdoća 7), a sila brušenja je slaba, što je dugotrajan i naporan proces brušenja. Stoga je borov karbidni abraziv (Mohsova tvrdoća 9,3) postao najidealniji materijal za obradu i brušenje safirnih kristala, te ima izvrsne performanse u dvostranom brušenju safirnih pločica te prorjeđivanju i poliranju LED epitaksijalnih pločica na bazi safira.
Vrijedi spomenuti da kada je borov karbid iznad 600 °C, površina će se oksidirati u film B2O3, što će ga do određene mjere omekšati, pa nije prikladan za suho brušenje na previsokoj temperaturi u abrazivnim primjenama, već samo za poliranje tekućim brušenjem. Međutim, ovo svojstvo sprječava daljnju oksidaciju B4C, što mu daje jedinstvene prednosti u primjeni vatrostalnih materijala.
2. Primjena u vatrostalnim materijalima
Borov karbid ima karakteristike antioksidacije i otpornosti na visoke temperature. Općenito se koristi kao napredni oblikovani i neoblikovani vatrostalni materijal i široko se koristi u raznim područjima metalurgije, kao što su čelične peći i namještaj za peći.
S obzirom na potrebe za uštedom energije i smanjenjem potrošnje u industriji željeza i čelika te taljenjem niskougljičnog i ultraniskougljičnog čelika, istraživanje i razvoj niskougljičnih magnezij-ugljičnih opeka (općenito <8% sadržaja ugljika) s izvrsnim performansama privukli su sve više pozornosti domaće i strane industrije. Trenutno se performanse niskougljičnih magnezij-ugljičnih opeka općenito poboljšavaju poboljšanjem vezane ugljične strukture, optimizacijom matrične strukture magnezij-ugljičnih opeka i dodavanjem visokoučinkovitih antioksidansa. Među njima se koristi grafitizirani ugljik sastavljen od industrijskog borovog karbida i djelomično grafitizirane čađe. Crni kompozitni prah, koji se koristi kao izvor ugljika i antioksidans za niskougljične magnezij-ugljične opeke, postigao je dobre rezultate.
Budući da će borov karbid do određene mjere omekšati na visokim temperaturama, može se pričvrstiti na površinu drugih čestica materijala. Čak i ako se proizvod zgusne, film oksida B2O3 na površini može stvoriti određenu zaštitu i igrati antioksidacijsku ulogu. Istovremeno, budući da su stupčasti kristali nastali reakcijom raspoređeni u matrici i prazninama vatrostalnog materijala, poroznost se smanjuje, čvrstoća na srednjoj temperaturi se poboljšava, a volumen nastalih kristala se širi, što može zacijeliti skupljanje volumena i smanjiti pukotine.
3. Materijali otporni na metke koji se koriste za jačanje nacionalne obrane
Zbog svoje visoke tvrdoće, visoke čvrstoće, male specifične težine i visoke razine balističke otpornosti, borov karbid je posebno u skladu s trendom laganih neprobojnih materijala. To je najbolji neprobojni materijal za zaštitu zrakoplova, vozila, oklopa i ljudskih tijela; trenutno,Neke zemljepredložili su istraživanje jeftinog antibalističkog oklopa od bor-karbida, s ciljem promicanja velike upotrebe antibalističkog oklopa od bor-karbida u obrambenoj industriji.
4. Primjena u nuklearnoj industriji
Borov karbid ima visoki presjek apsorpcije neutrona i širok spektar neutronske energije te je međunarodno priznat kao najbolji apsorber neutrona za nuklearnu industriju. Među njima, toplinski presjek izotopa bora-10 iznosi čak 347 × 10⁻²⁴ cm², odmah iza nekoliko elemenata poput gadolinija, samarija i kadmija, te je učinkovit apsorber toplinskih neutrona. Osim toga, borov karbid je bogat resursima, otporan na koroziju, ima dobru toplinsku stabilnost, ne proizvodi radioaktivne izotope i ima nisku energiju sekundarnog zračenja, pa se borov karbid široko koristi kao kontrolni materijal i zaštitni materijal u nuklearnim reaktorima.
Na primjer, u nuklearnoj industriji, visokotemperaturni plinom hlađeni reaktor koristi sustav gašenja s borom apsorbirajućom kuglicom kao drugi sustav gašenja. U slučaju nesreće, kada prvi sustav gašenja zakaže, drugi sustav gašenja koristi veliki broj kuglica bor-karbida koje slobodno padaju u kanal reflektirajućeg sloja jezgre reaktora itd., kako bi se reaktor isključio i ostvarilo hladno gašenje, pri čemu je apsorbirajuća kuglica grafitna kuglica koja sadrži bor-karbid. Glavna funkcija jezgre bor-karbida u visokotemperaturnom plinom hlađenom reaktoru je kontrola snage i sigurnosti reaktora. Ugljična cigla impregnirana je materijalom koji apsorbira neutrone, što može smanjiti neutronsko zračenje tlačne posude reaktora.
Trenutno, boridni materijali za nuklearne reaktore uglavnom uključuju sljedeće materijale: borov karbid (kontrolne šipke, zaštitne šipke), borna kiselina (moderator, rashladno sredstvo), borov čelik (kontrolne šipke i materijali za skladištenje nuklearnog goriva i nuklearnog otpada), bor europij (otrovni materijal koji može izgorjeti u jezgri) itd.