ბორის კარბიდი არის მეტალის ბზინვარების მქონე შავი კრისტალი, ასევე ცნობილი როგორც შავი ბრილიანტი, რომელიც მიეკუთვნება არაორგანულ არამეტალურ მასალებს. ამჟამად, ყველასთვის ნაცნობია ბორის კარბიდის მასალა, რაც შეიძლება განპირობებული იყოს ტყვიაგაუმტარი ჯავშნის გამოყენებით, რადგან მას აქვს ყველაზე დაბალი სიმკვრივე კერამიკულ მასალებს შორის, აქვს მაღალი ელასტიურობის მოდულის და მაღალი სიმტკიცის უპირატესობები და შეუძლია მიკრო-მოტეხილობის კარგად გამოყენება ჭურვების შთანთქმისთვის. ენერგიის ეფექტი, დატვირთვის რაც შეიძლება დაბალი შენარჩუნებით. სინამდვილეში, ბორის კარბიდს აქვს მრავალი სხვა უნიკალური თვისება, რაც მას მნიშვნელოვან როლს ასრულებს აბრაზიულებში, ცეცხლგამძლე მასალებში, ბირთვულ მრეწველობაში, აერონავტიკასა და სხვა სფეროებში.
თვისებებიბორის კარბიდი
ფიზიკური თვისებების თვალსაზრისით, ბორის კარბიდის სიმტკიცე მხოლოდ ალმასის და კუბური ბორის ნიტრიდის შემდეგაა და მას შეუძლია მაღალი სიმტკიცის შენარჩუნება მაღალ ტემპერატურაზეც, რაც შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც იდეალური მაღალი ტემპერატურის ცვეთამედეგი მასალა; ბორის კარბიდის სიმკვრივე ძალიან მცირეა (თეორიული სიმკვრივეა მხოლოდ 2.52 გ/სმ3), უფრო მსუბუქია, ვიდრე ჩვეულებრივი კერამიკული მასალები და შეიძლება გამოყენებულ იქნას აერონავტიკის სფეროში; ბორის კარბიდს აქვს ნეიტრონების ძლიერი შთანთქმის უნარი, კარგი თერმული სტაბილურობა და 2450°C დნობის წერტილი, ამიტომ ის ასევე ფართოდ გამოიყენება ბირთვულ ინდუსტრიაში. ნეიტრონების ნეიტრონების შთანთქმის უნარის კიდევ უფრო გაუმჯობესება შესაძლებელია B ელემენტების დამატებით; ბორის კარბიდის მასალებს სპეციფიკური მორფოლოგიისა და სტრუქტურის მქონე ასევე აქვთ განსაკუთრებული ფოტოელექტრული თვისებები; გარდა ამისა, ბორის კარბიდს აქვს მაღალი დნობის წერტილი, მაღალი ელასტიურობის მოდული, დაბალი გაფართოების კოეფიციენტი და კარგი. ეს უპირატესობები მას პოტენციურ გამოყენების მასალად აქცევს მრავალ სფეროში, როგორიცაა მეტალურგია, ქიმიური მრეწველობა, მანქანათმშენებლობა, აერონავტიკა და სამხედრო მრეწველობა. მაგალითად, კოროზიისადმი მდგრადი და ცვეთამედეგი ნაწილების დასამზადებლად, ტყვიაგაუმტარი ჯავშნის, რეაქტორის მართვის ღეროების და თერმოელექტრული ელემენტების დასამზადებლად და ა.შ.
ქიმიური თვისებების თვალსაზრისით, ბორის კარბიდი ოთახის ტემპერატურაზე არ რეაგირებს მჟავებთან, ტუტეებთან და არაორგანული ნაერთების უმეტესობასთან და ოთახის ტემპერატურაზე თითქმის არ რეაგირებს ჟანგბადთან და ჰალოგენურ აირებთან და მისი ქიმიური თვისებები სტაბილურია. გარდა ამისა, ბორის კარბიდის ფხვნილი აქტიურდება ჰალოგენით, როგორც ფოლადის ბორიდის აგენტი და ბორი ინფილტრირდება ფოლადის ზედაპირზე რკინის ბორიდის აპკის წარმოქმნით, რითაც იზრდება მასალის სიმტკიცე და ცვეთისადმი მდგრადობა, ხოლო მისი ქიმიური თვისებები შესანიშნავია.
ყველამ ვიცით, რომ მასალის ბუნება განსაზღვრავს გამოყენებას, მაშ, რომელ შემთხვევებში ავლენს ბორის კარბიდის ფხვნილს გამორჩეული მახასიათებლები?კვლევისა და განვითარების ცენტრის ინჟინრებიურბანმაინსის ტექ.კომპანიამ შემდეგი შეჯამება გააკეთა.
გამოყენებაბორის კარბიდი
1. ბორის კარბიდი გამოიყენება გასაპრიალებელ აბრაზიულად
ბორის კარბიდის, როგორც აბრაზივის გამოყენება ძირითადად გამოიყენება საფირონის დაფქვისა და გაპრიალებისთვის. ზემაგარი მასალებიდან, ბორის კარბიდის სიმტკიცე უკეთესია, ვიდრე ალუმინის ოქსიდისა და სილიციუმის კარბიდის, და მეორე ადგილზეა მხოლოდ ბრილიანტისა და კუბური ბორის ნიტრიდის შემდეგ. საფირონი ყველაზე იდეალური სუბსტრატის მასალაა ნახევარგამტარული GaN/Al2O3 სინათლის გამოსხივების დიოდების (LED), ფართომასშტაბიანი ინტეგრირებული სქემების SOI და SOS და ზეგამტარი ნანოსტრუქტურული ფირების წარმოებისთვის. ზედაპირის სიგლუვე ძალიან მაღალია და უნდა იყოს ულტრაგლუვი, დაზიანების ხარისხის გარეშე. საფირონის კრისტალის მაღალი სიმტკიცისა და მაღალი სიმტკიცის გამო (მოჰსის სიმტკიცე 9), მან დიდი სირთულეები შეუქმნა გადამამუშავებელ საწარმოებს.
მასალებისა და დაფქვის თვალსაზრისით, საფირონის კრისტალების დამუშავებისა და დაფქვისთვის საუკეთესო მასალებია სინთეზური ბრილიანტი, ბორის კარბიდი, სილიციუმის კარბიდი და სილიციუმის დიოქსიდი. ხელოვნური ბრილიანტის სიმტკიცე ძალიან მაღალია (მოჰსის სიმტკიცე 10), საფირონის ვაფლის დაფქვისას ის აკაწრავს ზედაპირს, იმოქმედებს ვაფლის სინათლის გამტარობაზე და ფასიც მაღალია; სილიციუმის კარბიდის დაჭრის შემდეგ, უხეშობის RA ჩვეულებრივ მაღალია და სიბრტყე ცუდია; თუმცა, სილიციუმის სიმტკიცე არ არის საკმარისი (მოჰსის სიმტკიცე 7) და დაფქვის ძალაც ცუდია, რაც დაფქვის პროცესში დიდ დროსა და შრომას მოითხოვს. ამიტომ, ბორის კარბიდის აბრაზივი (მოჰსის სიმტკიცე 9.3) საფირონის კრისტალების დამუშავებისა და დაფქვისთვის ყველაზე იდეალურ მასალად იქცა და შესანიშნავი შესრულება აქვს საფირონის ვაფლების ორმხრივ დაფქვისა და საფირონზე დაფუძნებული LED ეპიტაქსიალური ვაფლების უკანა გათხელებისა და გაპრიალებისას.
აღსანიშნავია, რომ როდესაც ბორის კარბიდი 600°C-ზე მეტი ტემპერატურისაა, ზედაპირი იჟანგება B2O3 ფენად, რაც გარკვეულწილად არბილებს მას, ამიტომ ის არ არის შესაფერისი აბრაზიული გამოყენებისას ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე მშრალი დაფქვისთვის, ის მხოლოდ თხევადი დაფქვის გასაპრიალებლად არის შესაფერისი. თუმცა, ეს თვისება ხელს უშლის B4C-ის შემდგომ დაჟანგვას, რაც მას უნიკალურ უპირატესობებს ანიჭებს ცეცხლგამძლე მასალების გამოყენებაში.
2. გამოყენება ცეცხლგამძლე მასალებში
ბორის კარბიდს ახასიათებს ანტიოქსიდანტური და მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობის მახასიათებლები. იგი ზოგადად გამოიყენება როგორც მოწინავე ფორმის და არაფორმირებული ცეცხლგამძლე მასალა და ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიის სხვადასხვა დარგში, როგორიცაა ფოლადის ღუმელები და ღუმელის ავეჯი.
რკინისა და ფოლადის ინდუსტრიაში ენერგიის დაზოგვისა და მოხმარების შემცირების საჭიროებებთან და დაბალნახშირბადიანი ფოლადისა და ულტრადაბალნახშირბადიანი ფოლადის დნობასთან ერთად, დაბალნახშირბადიანი მაგნეზია-ნახშირბადიანი აგურების (ზოგადად <8% ნახშირბადის შემცველობა) შესანიშნავი მახასიათებლების კვლევა და განვითარება სულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს როგორც ადგილობრივი, ასევე უცხოური ინდუსტრიების მხრიდან. ამჟამად, დაბალნახშირბადიანი მაგნეზია-ნახშირბადიანი აგურების მახასიათებლები ზოგადად გაუმჯობესებულია შეკრული ნახშირბადის სტრუქტურის გაუმჯობესებით, მაგნეზია-ნახშირბადის აგურების მატრიცული სტრუქტურის ოპტიმიზაციით და მაღალეფექტური ანტიოქსიდანტების დამატებით. მათ შორის გამოიყენება გრაფიტიზებული ნახშირბადი, რომელიც შედგება სამრეწველო დონის ბორის კარბიდისა და ნაწილობრივ გრაფიტიზებული ნახშირბადის შავისგან. შავი კომპოზიტური ფხვნილი, რომელიც გამოიყენება ნახშირბადის წყაროდ და ანტიოქსიდანტად დაბალნახშირბადიანი მაგნეზია-ნახშირბადის აგურებისთვის, კარგ შედეგებს იძლევა.
რადგან ბორის კარბიდი გარკვეულწილად დარბილდება მაღალ ტემპერატურაზე, მისი მიმაგრება შესაძლებელია სხვა მასალის ნაწილაკების ზედაპირთან. მაშინაც კი, თუ პროდუქტი გამკვრივებულია, ზედაპირზე B2O3 ოქსიდის ფენას შეუძლია გარკვეული დაცვა შექმნას და ანტიოქსიდანტური როლი შეასრულოს. ამავდროულად, რადგან რეაქციით წარმოქმნილი სვეტოვანი კრისტალები განაწილებულია ცეცხლგამძლე მასალის მატრიცასა და ნაპრალებში, მცირდება ფორიანობა, უმჯობესდება საშუალო ტემპერატურის სიმტკიცე და წარმოიქმნება კრისტალების მოცულობა ფართოვდება, რამაც შეიძლება შეამსუბუქოს მოცულობითი შეკუმშვა და შეამციროს ბზარები.
3. ტყვიაგაუმტარი მასალები, რომლებიც გამოიყენება ეროვნული თავდაცვის გასაძლიერებლად
მაღალი სიმტკიცის, მაღალი სიმტკიცის, მცირე სპეციფიკური წონისა და ბალისტიკური წინააღმდეგობის მაღალი დონის გამო, ბორის კარბიდი განსაკუთრებით შეესაბამება მსუბუქი ტყვიაგაუმტარი მასალების ტენდენციას. ის საუკეთესო ტყვიაგაუმტარი მასალაა თვითმფრინავების, სატრანსპორტო საშუალებების, ჯავშანტექნიკისა და ადამიანის სხეულების დასაცავად; ამჟამად,ზოგიერთი ქვეყანაშემოგვთავაზეს ბორის კარბიდის ანტიბალისტიკური ჯავშნის დაბალფასიანი კვლევა, რომლის მიზანია ბორის კარბიდის ანტიბალისტიკური ჯავშნის ფართომასშტაბიანი გამოყენების ხელშეწყობა თავდაცვის ინდუსტრიაში.
4. გამოყენება ბირთვულ ინდუსტრიაში
ბორის კარბიდს აქვს მაღალი ნეიტრონების შთანთქმის განივი კვეთა და ფართო ნეიტრონების ენერგიის სპექტრი და საერთაშორისოდ აღიარებულია, როგორც ბირთვული ინდუსტრიისთვის საუკეთესო ნეიტრონების შთამნთქმელი. მათ შორის, ბორ-10 იზოტოპის თერმული კვეთა 347×10-24 სმ2-ს აღწევს, რაც მეორე ადგილზეა მხოლოდ რამდენიმე ელემენტს, როგორიცაა გადოლინიუმი, სამარიუმი და კადმიუმი, და წარმოადგენს ეფექტურ თერმულ ნეიტრონების შთამნთქმელს. გარდა ამისა, ბორის კარბიდი მდიდარია რესურსებით, მდგრადია კოროზიის მიმართ, კარგი თერმული სტაბილურობით, არ წარმოქმნის რადიოაქტიურ იზოტოპებს და აქვს დაბალი მეორადი სხივური ენერგია, ამიტომ ბორის კარბიდი ფართოდ გამოიყენება, როგორც საკონტროლო მასალა და დამცავი მასალა ბირთვულ რეაქტორებში.
მაგალითად, ბირთვულ ინდუსტრიაში, მაღალი ტემპერატურის გაზით გაცივებული რეაქტორი იყენებს ბორის შთამნთქმელ ბურთულიან გამორთვის სისტემას, როგორც მეორე გამორთვის სისტემას. ავარიის შემთხვევაში, როდესაც პირველი გამორთვის სისტემა მწყობრიდან გამოდის, მეორე გამორთვის სისტემა იყენებს ბორის კარბიდის დიდი რაოდენობით გრანულებს, რომლებიც თავისუფლად ეცემა რეაქტორის ბირთვის ამრეკლავი ფენის არხში და ა.შ., რეაქტორის გამოსართავად და ცივი გამორთვის განსახორციელებლად, სადაც შთამნთქმელი ბურთულა არის ბორის კარბიდის შემცველი გრაფიტის ბურთულა. მაღალი ტემპერატურის გაზით გაცივებულ რეაქტორში ბორის კარბიდის ბირთვის მთავარი ფუნქციაა რეაქტორის სიმძლავრისა და უსაფრთხოების კონტროლი. ნახშირბადის აგური გაჟღენთილია ბორის კარბიდის ნეიტრონების შთამნთქმელი მასალით, რომელსაც შეუძლია შეამციროს რეაქტორის წნევის ჭურჭლის ნეიტრონების დასხივება.
ამჟამად, ბირთვული რეაქტორებისთვის ბორიდის მასალებში ძირითადად შედის შემდეგი მასალები: ბორის კარბიდი (საკონტროლო ღეროები, დამცავი ღეროები), ბორის მჟავა (მოდერატორი, გამაგრილებელი), ბორის ფოლადი (საკონტროლო ღეროები და ბირთვული საწვავისა და ბირთვული ნარჩენების შესანახი მასალები), ბორის ევროპიუმი (ბირთვული აალებადი შხამიანი მასალა) და ა.შ.