Бор карбиді - металл жылтырлығы бар қара кристалл, ол қара алмас деп те аталады, ол бейорганикалық металл емес материалдарға жатады. Қазіргі уақытта бор карбидінің материалымен барлығы таныс, бұл оқ өткізбейтін сауыттың қолданылуына байланысты болуы мүмкін, себебі ол керамикалық материалдар арасында ең төмен тығыздыққа ие, жоғары серпімділік модулі мен жоғары қаттылықтың артықшылықтарына ие және снарядтарды сіңіру үшін микросынықтарды жақсы пайдалануға қол жеткізе алады. Энергияның әсері, сонымен қатар жүктемені мүмкіндігінше төмен деңгейде ұстау. Бірақ шын мәнінде, бор карбидінің басқа да көптеген ерекше қасиеттері бар, бұл оны абразивтерде, отқа төзімді материалдарда, ядролық өнеркәсіпте, аэроғарышта және басқа да салаларда маңызды рөл атқара алады.
Қасиеттерібор карбиді
Физикалық қасиеттері бойынша бор карбидінің қаттылығы тек алмас пен кубтық бор нитридінен кейін ғана, және ол жоғары температурада жоғары беріктікті сақтай алады, оны жоғары температураға төзімді материал ретінде пайдалануға болады; бор карбидінің тығыздығы өте аз (теориялық тығыздығы тек 2,52 г/см3), қарапайым керамикалық материалдарға қарағанда жеңіл және аэроғарыш саласында қолданылуы мүмкін; бор карбиді күшті нейтронды сіңіру қабілетіне, жақсы термиялық тұрақтылыққа және 2450°C балқу температурасына ие, сондықтан ол ядролық өнеркәсібінде де кеңінен қолданылады. Нейтронның нейтронды сіңіру қабілетін В элементтерін қосу арқылы одан әрі жақсартуға болады; белгілі бір морфологиясы мен құрылымы бар бор карбидті материалдар да арнайы фотоэлектрлік қасиеттерге ие; сонымен қатар, бор карбиді жоғары балқу температурасына, жоғары серпімділік модуліне, төмен кеңею коэффициентіне және жақсы қасиеттеріне ие. Бұл артықшылықтар оны металлургия, химия өнеркәсібі, машина жасау, аэроғарыш және әскери өнеркәсіб сияқты көптеген салаларда қолдануға болатын материал етеді. Мысалы, коррозияға төзімді және тозуға төзімді бөлшектер, оқ өткізбейтін сауыт, реакторды басқару шыбықтары және термоэлектрлік элементтер жасау және т.б.
Химиялық қасиеттері жағынан бор карбиді бөлме температурасында қышқылдармен, сілтілермен және көптеген бейорганикалық қосылыстармен әрекеттеспейді және бөлме температурасында оттегімен және галоген газдарымен әрекеттеспейді, оның химиялық қасиеттері тұрақты. Сонымен қатар, бор карбиді ұнтағы галогенмен болатты бұрғылау агенті ретінде белсендіріледі, ал бор болат бетіне еніп, темір борид қабықшасын түзеді, осылайша материалдың беріктігі мен тозуға төзімділігін арттырады, ал оның химиялық қасиеттері өте жақсы.
Материалдың табиғаты қолдануды анықтайтынын бәріміз білеміз, сондықтан бор карбиді ұнтағы қандай қолданбаларда керемет өнімділікке ие?ҒЗТКЖ орталығының инженерлеріUrbanMines Tech.Co., Ltd. компаниясы келесі қорытынды жасады.
Қолданылуыбор карбиді
1. Бор карбиді жылтыратқыш абразив ретінде қолданылады
Бор карбидін абразив ретінде қолдану негізінен сапфирді ұнтақтау және жылтырату үшін қолданылады. Аса қатты материалдардың ішінде бор карбидінің қаттылығы алюминий оксиді мен кремний карбидіне қарағанда жақсы, алмаз бен кубтық бор нитридінен кейін екінші орында. Сапфир жартылай өткізгіш GaN/Al2O3 жарық шығаратын диодтар (LED), SOI және SOS ірі интегралдық схемалары және аса өткізгіш наноқұрылымды пленкалар үшін ең қолайлы субстрат материалы болып табылады. Бетінің тегістігі өте жоғары және өте тегіс болуы керек, зақымдану дәрежесі жоқ. Сапфир кристалының жоғары беріктігі мен жоғары қаттылығына байланысты (Могс қаттылығы 9), ол өңдеу кәсіпорындарына үлкен қиындықтар туғызды.
Материалдар мен ұнтақтау тұрғысынан сапфир кристалдарын өңдеу және ұнтақтауға арналған ең жақсы материалдар - синтетикалық алмас, бор карбиді, кремний карбиді және кремний диоксиді. Жасанды алмастың қаттылығы тым жоғары (Могс қаттылығы 10), сапфир пластинасын ұнтақтаған кезде, ол бетін тырнайды, пластинаның жарық өткізгіштігіне әсер етеді және бағасы қымбат; кремний карбидін кескеннен кейін кедір-бұдырлық RA әдетте жоғары және тегістігі нашар; Дегенмен, кремний диоксидінің қаттылығы жеткіліксіз (Могс қаттылығы 7) және ұнтақтау күші нашар, бұл ұнтақтау процесінде көп уақытты және еңбекті қажет етеді. Сондықтан, бор карбиді абразиві (Могс қаттылығы 9.3) сапфир кристалдарын өңдеу және ұнтақтау үшін ең қолайлы материалға айналды және сапфир пластиналарын екі жақты ұнтақтауда және сапфир негізіндегі жарықдиодты эпитаксиалды пластиналарды артқы жағынан жұқару және жылтыратуда тамаша өнімділікке ие.
Айта кету керек, бор карбиді 600°C жоғары болған кезде, беті B2O3 қабықшасына тотығады, бұл оны белгілі бір дәрежеде жұмсартады, сондықтан ол абразивті қолдануда тым жоғары температурада құрғақ ұнтақтауға жарамсыз, тек сұйық ұнтақтауды жылтыратуға жарамды. Дегенмен, бұл қасиет B4C-нің одан әрі тотығуына жол бермейді, бұл оның отқа төзімді материалдарды қолдануда ерекше артықшылықтарына ие етеді.
2. Отқа төзімді материалдарда қолданылуы
Бор карбиді антиоксиданттық және жоғары температураға төзімділік сипаттамаларына ие. Ол әдетте жетілдірілген пішінді және пішінсіз отқа төзімді материалдар ретінде қолданылады және металлургияның әртүрлі салаларында, мысалы, болат пештер мен пеш жиһаздарында кеңінен қолданылады.
Темір-болат өнеркәсібінде энергия үнемдеу және тұтынуды азайту, сондай-ақ төмен көміртекті болат пен аса төмен көміртекті болатты балқыту қажеттіліктерімен, тамаша өнімділігі бар төмен көміртекті магнезия-көміртекті кірпіштерді (әдетте <8% көміртегі мөлшері) зерттеу және әзірлеу отандық және шетелдік салалардың назарын көбірек аударды. Қазіргі уақытта төмен көміртекті магнезия-көміртекті кірпіштердің өнімділігі, әдетте, байланысқан көміртекті құрылымды жақсарту, магнезия-көміртекті кірпіштердің матрицалық құрылымын оңтайландыру және жоғары тиімді антиоксиданттарды қосу арқылы жақсартылады. Олардың ішінде өнеркәсіптік бор карбиді мен ішінара графиттелген көміртекті қарадан тұратын графиттелген көміртек қолданылады. Төмен көміртекті магнезия-көміртекті кірпіштер үшін көміртек көзі және антиоксидант ретінде қолданылатын қара композиттік ұнтақ жақсы нәтижелерге қол жеткізді.
Бор карбиді жоғары температурада белгілі бір дәрежеде жұмсаратындықтан, оны басқа материал бөлшектерінің бетіне жабыстыруға болады. Өнім тығыздалса да, бетіндегі B2O3 оксидінің қабығы белгілі бір қорғаныс түзіп, антиоксидант рөлін атқара алады. Сонымен қатар, реакция нәтижесінде пайда болған бағаналы кристалдар отқа төзімді материалдың матрицасы мен саңылауларында таралғандықтан, кеуектілік төмендейді, ортаның температуралық беріктігі жақсарады және пайда болған кристалдардың көлемі кеңейеді, бұл көлемнің кішіреюін емдеп, жарықшақтарды азайта алады.
3. Ұлттық қорғанысты күшейту үшін қолданылатын оқ өткізбейтін материалдар
Бор карбиді өзінің жоғары қаттылығына, жоғары беріктігіне, төмен меншікті салмағына және жоғары баллистикалық кедергісіне байланысты жеңіл оқ өткізбейтін материалдардың үрдісіне ерекше сәйкес келеді. Бұл ұшақтарды, көліктерді, сауыт-саймандарды және адам денелерін қорғауға арналған ең жақсы оқ өткізбейтін материал; қазіргі уақытта,Кейбір елдерқорғаныс өнеркәсібінде бор карбидінің баллистикалық қорғаныс сауытын кең көлемде қолдануды ілгерілетуді мақсат етіп, арзан бағамен бор карбидінің баллистикалық қорғаныс сауытын зерттеуді ұсынды.
4. Ядролық өнеркәсібінде қолданылуы
Бор карбидінің жоғары нейтронды сіңіру көлденең қимасы және кең нейтрондық энергия спектрі бар және халықаралық деңгейде ядролық өнеркәсіб үшін ең жақсы нейтронды сіңіргіш ретінде танылған. Олардың ішінде бор-10 изотопының термиялық қимасы 347×10-24 см2 дейін жетеді, бұл гадолиний, самарий және кадмий сияқты бірнеше элементтерден кейінгі екінші орында және тиімді термиялық нейтронды сіңіргіш болып табылады. Сонымен қатар, бор карбиді ресурстарға бай, коррозияға төзімді, жақсы термиялық тұрақтылыққа ие, радиоактивті изотоптар түзбейді және екінші реттік сәуле энергиясы төмен, сондықтан бор карбиді ядролық реакторларда басқару материалдары және қорғаныс материалдары ретінде кеңінен қолданылады.
Мысалы, ядролық өнеркәсібінде жоғары температуралы газбен салқындатылатын реактор екінші өшіру жүйесі ретінде борды сіңіретін шарды өшіру жүйесін пайдаланады. Апат болған жағдайда, бірінші өшіру жүйесі істен шыққан кезде, екінші өшіру жүйесі реакторды өшіру және суық өшіруді жүзеге асыру үшін реактор өзегінің шағылыстыратын қабатының арнасына көптеген бор карбид түйіршіктерін еркін құлау арқылы пайдаланады, мұнда сіңіретін шар - бор карбиді бар графит шар. Жоғары температуралы газбен салқындатылатын реактордағы бор карбиді өзегінің негізгі функциясы - реактордың қуаты мен қауіпсіздігін басқару. Көміртекті кірпіш бор карбиді нейтронды сіңіретін материалмен сіңдірілген, бұл реактордың қысым ыдысының нейтрондық сәулеленуін азайта алады.
Қазіргі уақытта ядролық реакторларға арналған боридті материалдарға негізінен келесі материалдар жатады: бор карбиді (басқару шыбықтары, қорғаныш шыбықтары), бор қышқылы (модератор, салқындатқыш), бор болаты (ядролық отын мен ядролық қалдықтарды басқару шыбықтары және сақтау материалдары), европий боры (ядролық жанғыш улы материал) және т.б.