Boron karbida ialah kristal hitam dengan kilauan logam, juga dikenali sebagai berlian hitam, yang tergolong dalam bahan bukan logam bukan organik. Pada masa ini, semua orang biasa dengan bahan boron karbida, yang mungkin disebabkan oleh penggunaan perisai kalis peluru, kerana ia mempunyai ketumpatan terendah antara bahan seramik, mempunyai kelebihan modulus elastik yang tinggi dan kekerasan yang tinggi, dan boleh mencapai penggunaan mikro-fraktur yang baik untuk menyerap projektil. Kesan tenaga, sambil mengekalkan beban serendah mungkin. Tetapi sebenarnya, boron karbida mempunyai banyak sifat unik lain, yang boleh menjadikannya memainkan peranan penting dalam bahan kasar, bahan refraktori, industri nuklear, aeroangkasa dan bidang lain.
Sifat-sifatboron karbida
Dari segi sifat fizikal, kekerasan boron karbida hanya selepas berlian dan boron nitrida kubik, dan ia masih boleh mengekalkan kekuatan tinggi pada suhu tinggi, yang boleh digunakan sebagai bahan tahan haus suhu tinggi yang ideal; ketumpatan boron karbida adalah sangat kecil (ketumpatan teori hanya 2.52 g/cm3), lebih ringan daripada bahan seramik biasa, dan boleh digunakan dalam bidang aeroangkasa; boron karbida mempunyai keupayaan penyerapan neutron yang kuat, kestabilan haba yang baik, dan takat lebur 2450 ° C, jadi ia juga digunakan secara meluas dalam industri nuklear. Keupayaan penyerapan neutron neutron boleh dipertingkatkan lagi dengan menambah unsur B; bahan boron karbida dengan morfologi dan struktur tertentu juga mempunyai sifat fotoelektrik khas; di samping itu, boron karbida mempunyai takat lebur yang tinggi, modulus elastik yang tinggi, pekali pengembangan yang rendah dan kelebihan yang baik. Kelebihan ini menjadikannya bahan aplikasi yang berpotensi dalam banyak bidang seperti metalurgi, industri kimia, jentera, aeroangkasa dan industri ketenteraan. Contohnya, bahagian tahan kakisan dan tahan haus, membuat perisai kalis peluru, rod kawalan reaktor dan elemen termoelektrik, dsb.
Dari segi sifat kimia, boron karbida tidak bertindak balas dengan asid, alkali dan kebanyakan sebatian bukan organik pada suhu bilik, dan hampir tidak bertindak balas dengan oksigen dan gas halogen pada suhu bilik, dan sifat kimianya stabil. Di samping itu, serbuk boron karbida diaktifkan oleh halogen sebagai agen pengorek keluli, dan boron menyusup ke permukaan keluli untuk membentuk filem besi borida, sekali gus meningkatkan kekuatan dan rintangan haus bahan, dan sifat kimianya sangat baik.
Kita semua tahu bahawa sifat bahan menentukan penggunaannya, jadi dalam aplikasi manakah serbuk boron karbida mempunyai prestasi yang luar biasa?Jurutera pusat R&DTeknologi UrbanMines.Co., Ltd. telah membuat ringkasan berikut.
Penggunaanboron karbida
1. Boron karbida digunakan sebagai bahan penggilap penggilap
Penggunaan boron karbida sebagai bahan kasar terutamanya digunakan untuk mengisar dan menggilap nilam. Antara bahan super keras, kekerasan boron karbida adalah lebih baik daripada aluminium oksida dan silikon karbida, kedua selepas berlian dan boron nitrida kubik. Nilam adalah bahan substrat yang paling ideal untuk diod pemancar cahaya (LED) semikonduktor GaN/Al2O3, litar bersepadu berskala besar SOI dan SOS, dan filem nanostruktur superkonduktor. Kelancaran permukaannya sangat tinggi dan mestilah ultra licin. Tiada tahap kerosakan. Disebabkan kekuatan dan kekerasan kristal nilam yang tinggi (kekerasan Mohs 9), ia telah membawa kesukaran yang besar kepada perusahaan pemprosesan.
Dari perspektif bahan dan pengisaran, bahan terbaik untuk pemprosesan dan pengisaran kristal nilam ialah berlian sintetik, boron karbida, silikon karbida, dan silikon dioksida. Kekerasan berlian buatan terlalu tinggi (kekerasan Mohs 10) apabila mengisar wafer nilam, ia akan menggaru permukaan, menjejaskan transmisi cahaya wafer, dan harganya mahal; selepas memotong silikon karbida, kekasaran RA biasanya tinggi dan kerataannya lemah; Walau bagaimanapun, kekerasan silika tidak mencukupi (kekerasan Mohs 7), dan daya pengisaran adalah lemah, yang memakan masa dan intensif buruh dalam proses pengisaran. Oleh itu, boron karbida kasar (kekerasan Mohs 9.3) telah menjadi bahan yang paling ideal untuk memproses dan mengisar kristal nilam, dan mempunyai prestasi cemerlang dalam pengisaran dua sisi wafer nilam dan penipisan dan penggilapan wafer epitaksi LED berasaskan nilam.
Perlu dinyatakan bahawa apabila boron karbida berada di atas 600°C, permukaan akan teroksida menjadi filem B2O3, yang akan melembutkannya sehingga tahap tertentu, jadi ia tidak sesuai untuk pengisaran kering pada suhu yang terlalu tinggi dalam aplikasi kasar, hanya sesuai untuk menggilap pengisaran cecair. Walau bagaimanapun, sifat ini menghalang B4C daripada teroksida lebih lanjut, menjadikannya mempunyai kelebihan unik dalam aplikasi bahan refraktori.
2. Aplikasi dalam bahan refraktori
Boron karbida mempunyai ciri-ciri anti-pengoksidaan dan rintangan suhu tinggi. Ia biasanya digunakan sebagai bahan refraktori berbentuk dan tidak berbentuk yang canggih dan digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang metalurgi, seperti dapur keluli dan perabot relau.
Dengan keperluan penjimatan tenaga dan pengurangan penggunaan dalam industri besi dan keluli serta peleburan keluli rendah karbon dan keluli ultra rendah karbon, penyelidikan dan pembangunan bata magnesia-karbon rendah karbon (umumnya kandungan karbon <8%) dengan prestasi cemerlang telah menarik lebih banyak perhatian daripada industri domestik dan asing. Pada masa ini, prestasi bata magnesia-karbon rendah karbon secara amnya dipertingkatkan dengan menambah baik struktur karbon terikat, mengoptimumkan struktur matriks bata magnesia-karbon, dan menambah antioksidan berkecekapan tinggi. Antaranya, karbon tergrafit yang terdiri daripada boron karbida gred industri dan sebahagiannya karbon hitam tergrafit digunakan. Serbuk komposit hitam, yang digunakan sebagai sumber karbon dan antioksidan untuk bata magnesia-karbon rendah karbon, telah mencapai hasil yang baik.
Oleh kerana boron karbida akan melembutkan pada tahap tertentu pada suhu tinggi, ia boleh dilekatkan pada permukaan zarah bahan lain. Walaupun produk tersebut dipadatkan, filem oksida B2O3 pada permukaan boleh membentuk perlindungan tertentu dan memainkan peranan anti-pengoksidaan. Pada masa yang sama, kerana kristal kolumnar yang dihasilkan oleh tindak balas diagihkan dalam matriks dan jurang bahan refraktori, keliangan berkurangan, kekuatan suhu sederhana bertambah baik, dan isipadu kristal yang dihasilkan mengembang, yang boleh menyembuhkan pengecutan isipadu dan mengurangkan retakan.
3. Bahan kalis peluru yang digunakan untuk meningkatkan pertahanan negara
Disebabkan kekerasannya yang tinggi, kekuatannya yang tinggi, graviti tentu yang kecil, dan tahap rintangan balistik yang tinggi, boron karbida amat selaras dengan trend bahan kalis peluru yang ringan. Ia merupakan bahan kalis peluru terbaik untuk perlindungan pesawat, kenderaan, perisai, dan badan manusia; pada masa ini,Sesetengah negaratelah mencadangkan penyelidikan perisai anti-balistik boron karbida berkos rendah, bertujuan untuk menggalakkan penggunaan perisai anti-balistik boron karbida berskala besar dalam industri pertahanan.
4. Aplikasi dalam industri nuklear
Boron karbida mempunyai keratan rentas penyerapan neutron yang tinggi dan spektrum tenaga neutron yang luas, dan diiktiraf di peringkat antarabangsa sebagai penyerap neutron terbaik untuk industri nuklear. Antaranya, keratan terma isotop boron-10 setinggi 347×10-24 cm2, kedua selepas beberapa unsur seperti gadolinium, samarium, dan kadmium, dan merupakan penyerap neutron terma yang cekap. Di samping itu, boron karbida kaya dengan sumber, tahan kakisan, kestabilan terma yang baik, tidak menghasilkan isotop radioaktif, dan mempunyai tenaga sinar sekunder yang rendah, jadi boron karbida digunakan secara meluas sebagai bahan kawalan dan bahan pelindung dalam reaktor nuklear.
Contohnya, dalam industri nuklear, reaktor penyejukan gas suhu tinggi menggunakan sistem penutupan bola penyerap boron sebagai sistem penutupan kedua. Sekiranya berlaku kemalangan, apabila sistem penutupan pertama gagal, sistem penutupan kedua menggunakan sebilangan besar pelet boron karbida. Jatuh bebas ke dalam saluran lapisan pantulan teras reaktor, dan sebagainya, untuk mematikan reaktor dan merealisasikan penutupan sejuk, di mana bola penyerap ialah bola grafit yang mengandungi boron karbida. Fungsi utama teras boron karbida dalam reaktor penyejukan gas suhu tinggi adalah untuk mengawal kuasa dan keselamatan reaktor. Bata karbon diresapi dengan bahan penyerap neutron boron karbida, yang boleh mengurangkan penyinaran neutron bekas tekanan reaktor.
Pada masa ini, bahan borida untuk reaktor nuklear terutamanya merangkumi bahan berikut: boron karbida (rod kawalan, rod pelindung), asid borik (penyederhana, penyejuk), keluli boron (rod kawalan dan bahan penyimpanan untuk bahan api nuklear dan sisa nuklear), boron Europium (bahan racun teras yang boleh dibakar), dan sebagainya.