Boron karbida adalah kristal hitam dengan kilau logam, juga dikenal sebagai berlian hitam, yang termasuk bahan anorganik non-logam. Saat ini semua orang sudah familiar dengan material boron karbida, hal ini mungkin disebabkan oleh penerapan pelindung antipeluru, karena memiliki kepadatan paling rendah di antara material keramik, memiliki keunggulan modulus elastisitas tinggi dan kekerasan tinggi, serta dapat mencapai penggunaan yang baik. patahan mikro untuk menyerap proyektil. Efek energi, sekaligus menjaga beban serendah mungkin. Namun nyatanya, boron karbida memiliki banyak sifat unik lainnya, yang membuatnya berperan penting dalam bahan abrasif, bahan tahan api, industri nuklir, dirgantara, dan bidang lainnya.
Properti dariboron karbida
Dari segi sifat fisik, kekerasan boron karbida hanya setelah intan dan kubik boron nitrida, dan masih dapat mempertahankan kekuatan tinggi pada suhu tinggi, yang dapat digunakan sebagai bahan tahan aus suhu tinggi yang ideal; massa jenis boron karbida sangat kecil (kerapatan teoritis hanya 2,52 g/ cm3), lebih ringan dari bahan keramik biasa, dan dapat digunakan di bidang dirgantara; boron karbida memiliki kemampuan penyerapan neutron yang kuat, stabilitas termal yang baik, dan titik leleh 2450 °C, sehingga juga banyak digunakan dalam industri nuklir. Kemampuan serapan neutron dapat lebih ditingkatkan dengan menambahkan unsur B; bahan boron karbida dengan morfologi dan struktur tertentu juga memiliki sifat fotolistrik khusus; selain itu, boron karbida memiliki titik leleh yang tinggi, modulus elastisitas yang tinggi, koefisien muai yang rendah dan keunggulan tersebut menjadikannya bahan aplikasi yang potensial di berbagai bidang seperti metalurgi, industri kimia, permesinan, industri dirgantara dan militer. Misalnya suku cadang yang tahan korosi dan tahan aus, pembuatan pelindung antipeluru, batang kendali reaktor dan elemen termoelektrik, dll.
Dari segi sifat kimianya, boron karbida tidak bereaksi dengan asam, basa, dan sebagian besar senyawa anorganik pada suhu kamar, dan hampir tidak bereaksi dengan oksigen dan gas halogen pada suhu kamar, serta sifat kimianya stabil. Selain itu, bubuk boron karbida diaktifkan oleh halogen sebagai bahan boriding baja, dan boron diinfiltrasi pada permukaan baja untuk membentuk lapisan besi borida, sehingga meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus material, serta sifat kimianya yang sangat baik.
Kita semua tahu bahwa sifat bahan menentukan penggunaannya, jadi dalam aplikasi manakah bubuk boron karbida memiliki kinerja yang luar biasa?Para insinyur dari pusat R&DTeknologi UrbanMines.Co., Ltd. membuat ringkasan berikut.
Penerapanboron karbida
1. Boron karbida digunakan sebagai bahan pemoles abrasif
Penerapan boron karbida sebagai bahan abrasif terutama digunakan untuk penggilingan dan pemolesan safir. Di antara material superkeras, kekerasan boron karbida lebih baik dibandingkan aluminium oksida dan silikon karbida, nomor dua setelah intan dan kubik boron nitrida. Safir adalah bahan substrat paling ideal untuk dioda pemancar cahaya (LED) semikonduktor GaN/Al 2 O3, sirkuit terpadu skala besar SOI dan SOS, dan film struktur nano superkonduktor. Kehalusan permukaan sangat tinggi dan harus sangat halus. Tidak ada tingkat kerusakan. Karena kekuatan tinggi dan kekerasan kristal safir yang tinggi (kekerasan Mohs 9), hal ini membawa kesulitan besar bagi perusahaan pengolahan.
Dari segi bahan dan penggilingan, bahan terbaik untuk mengolah dan menggiling kristal safir adalah berlian sintetis, boron karbida, silikon karbida, dan silikon dioksida. Kekerasan berlian buatan terlalu tinggi (kekerasan Mohs 10) saat menggiling wafer safir akan menggores permukaan, mempengaruhi transmisi cahaya wafer, dan harganya mahal; setelah memotong silikon karbida, kekasaran RA biasanya tinggi dan kerataannya buruk; Namun, kekerasan silika tidak cukup (kekerasan Mohs 7), dan gaya penggilingannya buruk, sehingga memakan waktu dan tenaga dalam proses penggilingan. Oleh karena itu, bahan abrasif boron karbida (kekerasan Mohs 9.3) telah menjadi bahan yang paling ideal untuk memproses dan menggiling kristal safir, dan memiliki kinerja yang sangat baik dalam penggilingan wafer safir dua sisi dan penipisan belakang serta pemolesan wafer epitaksi LED berbasis safir.
Perlu disebutkan bahwa ketika boron karbida berada di atas 600 ° C, permukaannya akan teroksidasi menjadi film B2O3, yang akan melunakkannya sampai batas tertentu, sehingga tidak cocok untuk penggilingan kering pada suhu terlalu tinggi dalam aplikasi abrasif, hanya cocok untuk memoles cairan giling. Namun, sifat ini mencegah B4C teroksidasi lebih lanjut, sehingga memiliki keunggulan unik dalam penerapan bahan tahan api.
2. Aplikasi pada bahan tahan api
Boron karbida memiliki karakteristik anti oksidasi dan tahan suhu tinggi. Umumnya digunakan sebagai bahan tahan api berbentuk dan tidak berbentuk canggih dan banyak digunakan di berbagai bidang metalurgi, seperti kompor baja dan furnitur kiln.
Dengan kebutuhan penghematan energi dan pengurangan konsumsi dalam industri besi dan baja serta peleburan baja rendah karbon dan baja karbon sangat rendah, penelitian dan pengembangan batu bata magnesia-karbon rendah karbon (umumnya kandungan karbon <8%) dengan kinerja yang sangat baik telah menarik lebih banyak perhatian dari industri dalam dan luar negeri. Saat ini, kinerja batu bata magnesia-karbon rendah karbon umumnya ditingkatkan dengan memperbaiki struktur karbon terikat, mengoptimalkan struktur matriks batu bata magnesia-karbon, dan menambahkan antioksidan berefisiensi tinggi. Diantaranya, karbon grafit yang terdiri dari boron karbida tingkat industri dan sebagian karbon hitam grafit digunakan. Serbuk komposit hitam, yang digunakan sebagai sumber karbon dan antioksidan pada batu bata magnesia-karbon rendah karbon, telah mencapai hasil yang baik.
Karena boron karbida akan melunak sampai batas tertentu pada suhu tinggi, maka boron karbida dapat menempel pada permukaan partikel material lainnya. Bahkan jika produk dipadatkan, lapisan oksida B2O3 di permukaan dapat membentuk perlindungan tertentu dan memainkan peran anti-oksidasi. Pada saat yang sama, karena kristal kolumnar yang dihasilkan oleh reaksi didistribusikan dalam matriks dan celah bahan tahan api, porositas berkurang, kekuatan suhu sedang meningkat, dan volume kristal yang dihasilkan mengembang, yang dapat menyembuhkan volume. penyusutan dan pengurangan retakan.
3. Bahan antipeluru yang digunakan untuk meningkatkan pertahanan negara
Karena kekerasannya yang tinggi, kekuatan yang tinggi, berat jenis yang kecil, dan tingkat ketahanan balistik yang tinggi, boron karbida sangat sejalan dengan tren bahan antipeluru yang ringan. Ini adalah bahan antipeluru terbaik untuk melindungi pesawat, kendaraan, baju besi, dan tubuh manusia; saat ini,Beberapa negaratelah mengusulkan penelitian baju besi anti-balistik boron karbida berbiaya rendah, yang bertujuan untuk mempromosikan penggunaan baju besi anti-balistik boron karbida dalam skala besar di industri pertahanan.
4. Penerapan dalam industri nuklir
Boron karbida memiliki penampang serapan neutron yang tinggi dan spektrum energi neutron yang luas, serta diakui secara internasional sebagai penyerap neutron terbaik untuk industri nuklir. Diantaranya, penampang termal isotop boron-10 mencapai 347×10-24 cm2, nomor dua setelah beberapa elemen seperti gadolinium, samarium, dan kadmium, dan merupakan penyerap neutron termal yang efisien. Selain itu, boron karbida kaya akan sumber daya, tahan korosi, stabilitas termal yang baik, tidak menghasilkan isotop radioaktif, dan memiliki energi sinar sekunder yang rendah, sehingga boron karbida banyak digunakan sebagai bahan kontrol dan bahan pelindung pada reaktor nuklir.
Misalnya, dalam industri nuklir, reaktor berpendingin gas suhu tinggi menggunakan sistem pematian bola penyerap boron sebagai sistem pematian kedua. Jika terjadi kecelakaan, ketika sistem pematian pertama gagal, sistem pematian kedua menggunakan sejumlah besar pelet boron karbida Jatuh bebas ke dalam saluran lapisan reflektif inti reaktor, dll., untuk mematikan reaktor dan mewujudkan suhu dingin shutdown, dimana bola penyerapnya adalah bola grafit yang mengandung boron karbida. Fungsi utama inti boron karbida pada reaktor berpendingin gas suhu tinggi adalah untuk mengontrol daya dan keselamatan reaktor. Batu bata karbon diresapi dengan bahan penyerap neutron boron karbida, yang dapat mengurangi iradiasi neutron pada bejana tekan reaktor.
Saat ini, bahan borida untuk reaktor nuklir terutama mencakup bahan-bahan berikut: boron karbida (batang kendali, batang pelindung), asam borat (moderator, pendingin), baja boron (batang kendali dan bahan penyimpan bahan bakar nuklir dan limbah nuklir), boron Europium (bahan racun inti yang dapat terbakar), dll.