בורון קרביד הוא גביש שחור בעל ברק מתכתי, המכונה גם יהלום שחור, השייך לחומרים אנאורגניים שאינם מתכתיים. כיום, כולם מכירים את החומר של בורון קרביד, אשר עשוי לנבוע משימוש בשריון חסין כדורים, כי יש לו את הצפיפות הנמוכה ביותר מבין חומרים קרמיים, יש לו את היתרונות של מודול אלסטי גבוה וקשיות גבוהה, והוא יכול להשיג שימוש טוב. של מיקרו שבר לקליטת קליעים. השפעת האנרגיה, תוך שמירה על העומס נמוך ככל האפשר. אבל למעשה, לבורון קרביד יש תכונות ייחודיות רבות אחרות, שיכולות לגרום לו למלא תפקיד חשוב בחומרים שוחקים, חומרים עקשנים, תעשייה גרעינית, תעופה וחלל ועוד תחומים.
מאפיינים שלבורון קרביד
מבחינת תכונות פיזיקליות, הקשיות של בורון קרביד היא רק אחרי יהלום ובור ניטריד מעוקב, והוא עדיין יכול לשמור על חוזק גבוה בטמפרטורות גבוהות, שיכול לשמש כחומר אידיאלי עמיד בפני שחיקה בטמפרטורה גבוהה; הצפיפות של בורון קרביד קטנה מאוד (צפיפות תיאורטית היא רק 2.52 גרם/סמ"ק), קלה יותר מחומרים קרמיים רגילים, וניתנת לשימוש בתחום התעופה והחלל; לבורון קרביד יכולת ספיגת נויטרונים חזקה, יציבות תרמית טובה ונקודת התכה של 2450 מעלות צלזיוס, כך שהוא נמצא בשימוש נרחב גם בתעשיית הגרעין. ניתן לשפר עוד יותר את יכולת ספיגת הנויטרונים של הנייטרון על ידי הוספת אלמנטים B; לחומרי בורון קרביד עם מורפולוגיה ומבנה ספציפיים יש גם תכונות פוטו-אלקטריות מיוחדות; בנוסף, לבורון קרביד נקודת התכה גבוהה, מודול אלסטי גבוה, מקדם התפשטות נמוך וטוב יתרונות אלו הופכים אותו לחומר יישום פוטנציאלי בתחומים רבים כגון מתכות, תעשייה כימית, מכונות, תעופה וחלל ותעשייה צבאית. לדוגמה, חלקים עמידים בפני קורוזיה ועמידים בפני שחיקה, ייצור שריון חסין כדורים, מוטות שליטה בכור ואלמנטים תרמו-אלקטריים וכו'.
מבחינת תכונות כימיות, בורון קרביד אינו מגיב עם חומצות, אלקליות ורוב התרכובות האנאורגניות בטמפרטורת החדר, וכמעט לא מגיב עם גזי חמצן והלוגן בטמפרטורת החדר, ותכונותיו הכימיות יציבות. בנוסף, אבקת בורון קרביד מופעלת על ידי הלוגן כחומר בוריד פלדה, והבורון חודר על פני הפלדה ליצירת סרט בוריד של ברזל, ובכך משפר את החוזק ועמידות החומר בפני שחיקה, והתכונות הכימיות שלו מצוינות.
כולנו יודעים שאופי החומר קובע את השימוש, אז באילו יישומים יש לאבקת בורון קרביד ביצועים יוצאי דופן?המהנדסים של מרכז המו"פ שלUrbanMines Tech.ושות' בע"מ ערכה את הסיכום הבא.
יישום שלבורון קרביד
1. בורון קרביד משמש כחומר שוחק ליטוש
היישום של בורון קרביד כחומר שוחק משמש בעיקר לטחינה והברקה של ספיר. בין חומרים קשים במיוחד, הקשיות של בורון קרביד טובה יותר מזו של תחמוצת אלומיניום וסיליקון קרביד, שנייה רק ליהלום ובור ניטריד מעוקב. ספיר הוא חומר המצע האידיאלי ביותר עבור דיודות פולטות אור (LED) מוליכים למחצה GaN/Al 2 O3, מעגלים משולבים בקנה מידה גדול SOI ו-SOS וסרטי ננו-על מוליכים. החלקות של פני השטח גבוהה מאוד וחייבת להיות חלקה במיוחד ללא דרגת נזק. בשל החוזק הגבוה והקשיות הגבוהה של גביש ספיר (Mohs קשיות 9), זה הביא קשיים גדולים למפעלי עיבוד.
מנקודת מבט של חומרים וטחינה, החומרים הטובים ביותר לעיבוד וטחינת גבישי ספיר הם יהלום סינטטי, בורון קרביד, סיליקון קרביד וסיליקון דו חמצני. הקשיות של היהלום המלאכותי גבוהה מדי (Mohs קשיות 10) כאשר טחינת רקיקת הספיר, זה ישרוט את פני השטח, ישפיע על העברת האור של הפרוסה, והמחיר יקר; לאחר חיתוך סיליקון קרביד, החספוס RA הוא בדרך כלל גבוה והשטוח דל; עם זאת, הקשיות של הסיליקה אינה מספיקה (Mohs קשיות 7), וכוח הטחינה ירוד, דבר שגוזל זמן ועבודה בתהליך הטחינה. לכן, חומר שוחק בורון קרביד (Mohs קשיות 9.3) הפך לחומר האידיאלי ביותר לעיבוד וטחינת גבישי ספיר, ובעל ביצועים מצוינים בשחזה דו צדדית של פרוסות ספיר ודילול אחורי והברקה של פרוסות LED אפיטקסיות מבוססות ספיר.
ראוי להזכיר שכאשר בורון קרביד הוא מעל 600 מעלות צלזיוס, פני השטח יתחמצנו לסרט B2O3, אשר ירכך אותו במידה מסוימת, ולכן הוא אינו מתאים לטחינה יבשה בטמפרטורה גבוהה מדי ביישומים שוחקים, רק מתאים לטחינת נוזל ליטוש. עם זאת, מאפיין זה מונע מ-B4C להתחמצן נוסף, מה שהופך אותו ליתרונות ייחודיים ביישום חומרים עקשן.
2. יישום בחומרים עקשנים
לבורון קרביד יש מאפיינים של נוגד חמצון ועמידות בטמפרטורה גבוהה. הוא משמש בדרך כלל כחומרי עקשן מתקדמים ובלתי מעוצבים ונמצא בשימוש נרחב בתחומים שונים של מטלורגיה, כגון תנורי פלדה וריהוט כבשנים.
עם הצרכים של חיסכון באנרגיה והפחתת הצריכה בתעשיית הברזל והפלדה והיתוך של פלדה דלת פחמן ופלדה דלת פחמן במיוחד, מחקר ופיתוח של לבני מגנזיה-פחמן דלת פחמן (בדרך כלל <8% תכולת פחמן) עם ביצועים מצוינים משך יותר ויותר תשומת לב מתעשיות מקומיות וזרות. כיום, הביצועים של לבני מגנזיה-פחמן דל-פחמן משופרים בדרך כלל על-ידי שיפור מבנה הפחמן המלוכד, ייעול מבנה המטריצה של לבני מגנזיה-פחמן, והוספת נוגדי חמצון בעלי יעילות גבוהה. ביניהם, נעשה שימוש בפחמן גרפיט המורכב מבורון קרביד בדרגה תעשייתית ופחמן שחור גרפיט בחלקו. אבקה מרוכבת שחורה, המשמשת כמקור פחמן ונוגד חמצון ללבני מגנזיה-פחמן דלת פחמן, השיגה תוצאות טובות.
מכיוון שבורון קרביד יתרכך במידה מסוימת בטמפרטורה גבוהה, ניתן לחבר אותו לפני השטח של חלקיקי חומר אחרים. גם אם המוצר צפוף, סרט תחמוצת B2O3 על פני השטח יכול ליצור הגנה מסוימת ולמלא תפקיד נוגד חמצון. יחד עם זאת, מכיוון שהגבישים העמודים שנוצרים על ידי התגובה מפוזרים במטריקס וברווחים של החומר העמיד, הנקבוביות מצטמצמת, חוזק הטמפרטורה הבינונית משתפר, ונפח הגבישים שנוצרו מתרחב, מה שיכול לרפא נפח הצטמקות והפחתת סדקים.
3. חומרים חסיני כדורים המשמשים לשיפור ההגנה הלאומית
בשל קשיותו הגבוהה, החוזק הגבוה, המשקל הסגולי הקטן ורמת ההתנגדות הבליסטית הגבוהה שלו, בורון קרביד תואם במיוחד את המגמה של חומרים קלים משקל. זהו החומר הטוב ביותר חסין כדורים להגנה על מטוסים, כלי רכב, שריון וגופות אנושיות; כַּיוֹם,כמה מדינותהציעו מחקר על שריון אנטי-בליסטי של בורון קרביד בעלות נמוכה, במטרה לקדם את השימוש בקנה מידה גדול בשריון אנטי-בליסטי בורון קרביד בתעשייה הביטחונית.
4. יישום בתעשייה הגרעינית
לבורון קרביד יש חתך ספיגת נויטרונים גבוה וספקטרום אנרגטי נויטרונים רחב, והוא מוכר בינלאומי כבולם הנייטרונים הטוב ביותר לתעשיית הגרעין. ביניהם, המקטע התרמי של איזוטופ בורון-10 גבוה עד 347×10-24 סמ"ר, שני רק לכמה יסודות כמו גדוליניום, סמריון וקדמיום, והוא בולם נויטרונים תרמי יעיל. בנוסף, בורון קרביד עשיר במשאבים, עמיד בפני קורוזיה, יציבות תרמית טובה, אינו מייצר איזוטופים רדיואקטיביים ובעל אנרגיית קרינה משנית נמוכה, ולכן נעשה שימוש נרחב בבורון קרביד כחומרי בקרה וחומרי מיגון בכורים גרעיניים.
לדוגמה, בתעשייה הגרעינית, הכור מקורר גז בטמפרטורה גבוהה משתמש במערכת כיבוי כדור סופג בורון בתור מערכת הכיבוי השנייה. במקרה של תאונה, כאשר מערכת הכיבוי הראשונה נכשלת, מערכת הכיבוי השנייה משתמשת במספר רב של כדורי בורון קרביד נפילה חופשית לתוך הערוץ של השכבה הרפלקטיבית של ליבת הכור וכו', כדי לכבות את הכור ולממש קור כיבוי, שבו הכדור הסופג הוא כדור גרפיט המכיל בורון קרביד. תפקידה העיקרי של ליבת בורון קרביד בכור מקורר גז בטמפרטורה גבוהה הוא לשלוט בכוח ובבטיחות הכור. לבני הפחמן ספוג בחומר סופג נויטרונים בורון קרביד, אשר יכול להפחית את קרינת הנייטרונים של מיכל הלחץ בכור.
כיום, חומרי בוריד לכורים גרעיניים כוללים בעיקר את החומרים הבאים: בורון קרביד (מוטות בקרה, מוטות מיגון), חומצה בורית (מנחה, נוזל קירור), פלדת בורון (מוטות בקרה וחומרי אחסון לדלק גרעיני ופסולת גרעינית), בורון אירופיום. (חומר רעל בר שריפה) וכו'.