Borkarbid er en svart krystall med metallisk glans, også kjent som svart diamant, som tilhører et uorganisk ikke-metallisk materiale. I dag er alle kjent med materialet borkarbid, noe som kan skyldes bruken av skuddsikker rustning, fordi det har den laveste tettheten blant keramiske materialer, har fordelene med høy elastisitetsmodul og høy hardhet, og kan oppnå god bruk av mikrofraktur for å absorbere prosjektiler. Effekten av energi, samtidig som belastningen holdes så lav som mulig. Men faktisk har borkarbid mange andre unike egenskaper, som kan gjøre at det spiller en viktig rolle i slipemidler, ildfaste materialer, kjernekraftindustri, romfart og andre felt.
Egenskaper avborkarbid
Når det gjelder fysiske egenskaper, er hardheten til borkarbid bare etter diamant og kubisk bornitrid, og det kan fortsatt opprettholde høy styrke ved høye temperaturer, noe som kan brukes som et ideelt slitesterkt materiale ved høye temperaturer. Tettheten til borkarbid er svært liten (teoretisk tetthet er bare 2,52 g/cm3), lettere enn vanlige keramiske materialer, og kan brukes innen luftfartsfeltet. Borkarbid har sterk nøytronabsorpsjonsevne, god termisk stabilitet og et smeltepunkt på 2450 °C, så det er også mye brukt i kjernekraftindustrien. Nøytronenes nøytronabsorpsjonsevne kan forbedres ytterligere ved å tilsette B-elementer. Borkarbidmaterialer med spesifikk morfologi og struktur har også spesielle fotoelektriske egenskaper. I tillegg har borkarbid et høyt smeltepunkt, høy elastisitetsmodul, lav ekspansjonskoeffisient og gode egenskaper. Disse fordelene gjør det til et potensielt bruksmateriale innen mange felt som metallurgi, kjemisk industri, maskineri, luftfart og militærindustri. For eksempel korrosjonsbestandige og slitesterke deler, produksjon av skuddsikker rustning, reaktorkontrollstenger og termoelektriske elementer, etc.
Når det gjelder kjemiske egenskaper, reagerer ikke borkarbid med syrer, alkalier og de fleste uorganiske forbindelser ved romtemperatur, og reagerer knapt med oksygen og halogengasser ved romtemperatur, og de kjemiske egenskapene er stabile. I tillegg aktiveres borkarbidpulver av halogen som et stålboremiddel, og bor infiltreres på overflaten av stålet for å danne en jernboridfilm, og forbedrer dermed materialets styrke og slitestyrke, og de kjemiske egenskapene er utmerkede.
Vi vet alle at materialets natur bestemmer bruken, så i hvilke bruksområder har borkarbidpulver enestående ytelse?Ingeniørene ved FoU-senteret iUrbanMines Tech.Co., Ltd. laget følgende sammendrag.
Anvendelse avborkarbid
1. Borkarbid brukes som poleringsslipemiddel
Bruken av borkarbid som slipemiddel brukes hovedsakelig til sliping og polering av safir. Blant superharde materialer er hardheten til borkarbid bedre enn hardheten til aluminiumoksid og silisiumkarbid, nest etter diamant og kubisk bornitrid. Safir er det mest ideelle substratmaterialet for halvledere GaN/Al2O3 lysdioder (LED), storskala integrerte kretser SOI og SOS, og superledende nanostrukturfilmer. Overflaten må være svært glatt og må ikke skades. På grunn av safirkrystallens høye styrke og høye hardhet (Mohs-hardhet 9) har det ført til store vanskeligheter for prosesseringsbedrifter.
Fra et material- og slipingsperspektiv er de beste materialene for bearbeiding og sliping av safirkrystaller syntetisk diamant, borkarbid, silisiumkarbid og silisiumdioksid. Hardheten til kunstig diamant er for høy (Mohs-hardhet 10), og når safirskiven slipes, vil det ripe overflaten, påvirke lysgjennomgangen til skiven, og prisen er høy. Etter kutting av silisiumkarbid er ruheten RA vanligvis høy og flatheten er dårlig. Imidlertid er hardheten til silika ikke tilstrekkelig (Mohs-hardhet 7), og slipekraften er dårlig, noe som er tidkrevende og arbeidsintensivt i slipeprosessen. Derfor har borkarbid-slipemiddel (Mohs-hardhet 9.3) blitt det mest ideelle materialet for bearbeiding og sliping av safirkrystaller, og har utmerket ytelse i dobbeltsidig sliping av safirskiver og tilbaketynning og polering av safirbaserte LED-epitaksiale skiver.
Det er verdt å nevne at når borkarbid er over 600 °C, vil overflaten oksideres til en B2O3-film, noe som vil mykne den til en viss grad, så den er ikke egnet for tørrsliping ved for høy temperatur i slipende applikasjoner, kun egnet for polering av flytende sliping. Denne egenskapen forhindrer imidlertid at B4C oksideres ytterligere, noe som gir den unike fordeler ved bruk av ildfaste materialer.
2. Anvendelse i ildfaste materialer
Borkarbid har egenskaper som antioksidasjon og høy temperaturbestandighet. Det brukes vanligvis som avanserte formet og uformet ildfaste materialer og er mye brukt i ulike felt innen metallurgi, for eksempel stålovner og ovnsmøbler.
Med behovet for energisparing og forbruksreduksjon i jern- og stålindustrien og smelting av lavkarbonstål og ultralavkarbonstål, har forskning og utvikling av lavkarbonmagnesia-karbonstein (generelt <8 % karboninnhold) med utmerket ytelse fått stadig mer oppmerksomhet fra innenlandske og utenlandske industrier. For tiden forbedres ytelsen til lavkarbonmagnesia-karbonstein generelt ved å forbedre den bundne karbonstrukturen, optimalisere matriksstrukturen til magnesia-karbonstein og tilsette høyeffektive antioksidanter. Blant disse brukes grafittisert karbon bestående av industriell borkarbid og delvis grafittisert karbonrøyk. Svart komposittpulver, brukt som karbonkilde og antioksidant for lavkarbonmagnesia-karbonstein, har oppnådd gode resultater.
Siden borkarbid vil mykne til en viss grad ved høy temperatur, kan det feste seg til overflaten av andre materialpartikler. Selv om produktet er fortettet, kan B2O3-oksidfilmen på overflaten danne en viss beskyttelse og spille en antioksidasjonsrolle. Samtidig, fordi de søyleformede krystallene som genereres av reaksjonen er fordelt i matrisen og hullene i det ildfaste materialet, reduseres porøsiteten, styrken ved middels temperatur forbedres, og volumet av de genererte krystallene utvides, noe som kan lege volumkrymping og redusere sprekker.
3. Skuddsikre materialer brukt til å forbedre nasjonalt forsvar
På grunn av sin høye hardhet, høye styrke, lave spesifikke tyngdekraft og høye ballistiske motstand, er borkarbid spesielt i tråd med trenden med lette skuddsikre materialer. Det er det beste skuddsikre materialet for beskyttelse av fly, kjøretøy, rustninger og menneskekropper; for tiden,Noen landhar foreslått rimelig forskning på antiballistisk rustning av borkarbid, med sikte på å fremme storskala bruk av antiballistisk rustning av borkarbid i forsvarsindustrien.
4. Anvendelse i kjernekraftindustrien
Borkarbid har et høyt tverrsnitt for nøytronabsorpsjon og et bredt nøytronenergispektrum, og er internasjonalt anerkjent som den beste nøytronabsorberen for kjernekraftindustrien. Blant disse er den termiske seksjonen av bor-10-isotopen så høy som 347 × 10⁻²⁴ cm², nest etter noen få grunnstoffer som gadolinium, samarium og kadmium, og er en effektiv termisk nøytronabsorber. I tillegg er borkarbid rikt på ressurser, korrosjonsbestandig, god termisk stabilitet, produserer ikke radioaktive isotoper og har lav sekundærstråleenergi, så borkarbid er mye brukt som kontrollmaterialer og skjermingsmaterialer i kjernereaktorer.
For eksempel, i kjernekraftindustrien bruker høytemperatur gasskjølte reaktorer et borabsorberende kulesystem som det andre nedstengningssystemet. Ved en ulykke, når det første nedstengningssystemet svikter, bruker det andre nedstengningssystemet et stort antall borkarbidpellets som faller fritt inn i kanalen i det reflekterende laget i reaktorkjernen, osv., for å stenge av reaktoren og gjennomføre kald nedstengning, hvor den absorberende kulen er en grafittkule som inneholder borkarbid. Hovedfunksjonen til borkarbidkjernen i høytemperatur gasskjølte reaktorer er å kontrollere reaktorens effekt og sikkerhet. Karbonsteinen er impregnert med borkarbid nøytronabsorberende materiale, noe som kan redusere nøytronbestrålingen av reaktortrykkbeholderen.
For tiden omfatter boridmaterialer for kjernereaktorer hovedsakelig følgende materialer: borkarbid (kontrollstenger, skjermstenger), borsyre (moderator, kjølevæske), borstål (kontrollstenger og lagringsmaterialer for kjernebrensel og kjerneavfall), bor-europium (brennbart giftmateriale i kjernen), etc.