Carbura de bor este un cristal negru cu luciu metalic, cunoscut și sub numele de diamant negru, care aparține clasei de materiale anorganice nemetalice. În prezent, toată lumea este familiarizată cu materialul carburii de bor, care se poate datora utilizării ca blindaj antiglonț, deoarece are cea mai mică densitate dintre materialele ceramice, are avantajele unui modul de elasticitate ridicat și a unei durități ridicate și poate realiza o bună utilizare a microfracturilor pentru a absorbi proiectilele. Efectul energiei, menținând în același timp sarcina cât mai mică posibil. Dar, de fapt, carbura de bor are multe alte proprietăți unice, care o pot face să joace un rol important în abrazive, materiale refractare, industria nucleară, industria aerospațială și alte domenii.
Proprietățilecarbură de bor
În ceea ce privește proprietățile fizice, duritatea carburii de bor este doar după diamant și nitrura de bor cubică, și poate menține în continuare o rezistență ridicată la temperaturi ridicate, putând fi utilizată ca material ideal rezistent la uzură la temperaturi ridicate; densitatea carburii de bor este foarte mică (densitatea teoretică este de numai 2,52 g/cm3), este mai ușoară decât materialele ceramice obișnuite și poate fi utilizată în domeniul aerospațial; carbura de bor are o capacitate puternică de absorbție a neutronilor, o bună stabilitate termică și un punct de topire de 2450 °C, deci este utilizată pe scară largă și în industria nucleară. Capacitatea de absorbție a neutronilor poate fi îmbunătățită în continuare prin adăugarea de elemente B; materialele din carbură de bor cu morfologie și structură specifice au, de asemenea, proprietăți fotoelectrice speciale; în plus, carbura de bor are un punct de topire ridicat, un modul de elasticitate ridicat, un coeficient de dilatare scăzut și aceste avantaje o fac un material potențial de aplicare în multe domenii, cum ar fi metalurgia, industria chimică, mașinile, industria aerospațială și industria militară. De exemplu, este utilizată pentru piese rezistente la coroziune și uzură, fabricarea de blindaje antiglonț, bare de control ale reactoarelor și elemente termoelectrice etc.
În ceea ce privește proprietățile chimice, carbura de bor nu reacționează cu acizii, alcalii și majoritatea compușilor anorganici la temperatura camerei și reacționează greu cu oxigenul și gazele halogenate la temperatura camerei, iar proprietățile sale chimice sunt stabile. În plus, pulberea de carbură de bor este activată de halogen ca agent de borurare a oțelului, iar borul se infiltrează pe suprafața oțelului pentru a forma o peliculă de borură de fier, sporind astfel rezistența și rezistența la uzură a materialului, iar proprietățile sale chimice sunt excelente.
Știm cu toții că natura materialului determină utilizarea, așadar în ce aplicații are pulberea de carbură de bor performanțe remarcabile?Inginerii centrului de cercetare și dezvoltare alTehnologia UrbanMinesCo., Ltd. a făcut următorul rezumat.
Aplicareacarbură de bor
1. Carbura de bor este utilizată ca abraziv de lustruire
Aplicarea carburii de bor ca abraziv este utilizată în principal pentru șlefuirea și lustruirea safirului. Printre materialele superdure, duritatea carburii de bor este mai bună decât cea a oxidului de aluminiu și a carburii de siliciu, fiind a doua după diamant și nitrura de bor cubică. Safirul este cel mai ideal material de substrat pentru diode emițătoare de lumină (LED-uri) semiconductoare GaN/Al2O3, circuite integrate de mari dimensiuni SOI și SOS și pelicule nanostructurate supraconductoare. Netezimea suprafeței este foarte ridicată și trebuie să fie ultra-netedă, fără niciun grad de deteriorare. Datorită rezistenței ridicate și durității ridicate a cristalului de safir (duritate Mohs 9), acesta a adus mari dificultăți întreprinderilor de prelucrare.
Din perspectiva materialelor și a șlefuirii, cele mai bune materiale pentru prelucrarea și șlefuirea cristalelor de safir sunt diamantul sintetic, carbura de bor, carbura de siliciu și dioxidul de siliciu. Duritatea diamantului artificial este prea mare (duritate Mohs 10). La șlefuirea plachetei de safir, aceasta va zgâria suprafața, afectând transmitanța luminii plachetei, iar prețul este ridicat. După tăierea carburii de siliciu, rugozitatea RA este de obicei mare, iar planeitatea este slabă. Cu toate acestea, duritatea siliciului nu este suficientă (duritate Mohs 7), iar forța de șlefuire este slabă, ceea ce consumă mult timp și multă muncă în procesul de șlefuire. Prin urmare, abrazivul din carbură de bor (duritate Mohs 9.3) a devenit cel mai ideal material pentru prelucrarea și șlefuirea cristalelor de safir și are performanțe excelente în șlefuirea față-verso a plachetelor de safir și în subțierea și lustruirea plachetelor epitaxiale LED pe bază de safir.
Este de menționat faptul că atunci când carbura de bor depășește 600°C, suprafața se oxidează într-o peliculă de B2O3, care o înmoaie într-o anumită măsură, deci nu este potrivită pentru șlefuirea uscată la temperaturi prea ridicate în aplicații abrazive, ci este potrivită doar pentru lustruirea în condiții de măcinare lichidă. Cu toate acestea, această proprietate previne oxidarea suplimentară a B4C, oferindu-i avantaje unice în aplicarea materialelor refractare.
2. Aplicare în materiale refractare
Carbura de bor are caracteristici antioxidante și rezistență la temperaturi ridicate. Este utilizată în general ca material refractar avansat, modelat și nemodelat, și este utilizată pe scară largă în diverse domenii ale metalurgiei, cum ar fi sobele din oțel și mobilierul pentru cuptoare.
Având în vedere nevoile de economisire a energiei și reducere a consumului în industria siderurgică și topirea oțelului cu conținut scăzut de carbon și oțel cu conținut ultra-scăzut de carbon, cercetarea și dezvoltarea cărămizilor de magnezie-carbon cu conținut scăzut de carbon (în general <8% conținut de carbon) cu performanțe excelente a atras din ce în ce mai multă atenție din partea industriilor interne și externe. În prezent, performanța cărămizilor de magnezie-carbon cu conținut scăzut de carbon este în general îmbunătățită prin îmbunătățirea structurii carbonului legat, optimizarea structurii matriceale a cărămizilor de magnezie-carbon și adăugarea de antioxidanți de înaltă eficiență. Printre aceștia, se utilizează carbonul grafitizat compus din carbură de bor de calitate industrială și negru de fum parțial grafitizat. Pulberea compozită neagră, utilizată ca sursă de carbon și antioxidant pentru cărămizile de magnezie-carbon cu conținut scăzut de carbon, a obținut rezultate bune.
Deoarece carbura de bor se va înmuia într-o anumită măsură la temperaturi ridicate, aceasta se poate atașa de suprafața altor particule de material. Chiar dacă produsul este densificat, pelicula de oxid B2O3 de la suprafață poate forma o anumită protecție și poate juca un rol antioxidant. În același timp, deoarece cristalele columnare generate prin reacție sunt distribuite în matricea și golurile materialului refractar, porozitatea este redusă, rezistența la temperatura medie este îmbunătățită, iar volumul cristalelor generate se extinde, ceea ce poate vindeca contracția volumică și reduce fisurile.
3. Materiale antiglonț folosite pentru a consolida apărarea națională
Datorită durității sale ridicate, rezistenței ridicate, greutății specifice mici și nivelului ridicat de rezistență balistică, carbura de bor este în special în conformitate cu tendința materialelor antiglonț ușoare. Este cel mai bun material antiglonț pentru protecția aeronavelor, vehiculelor, blindajelor și corpurilor umane; în prezent,Unele țăriau propus cercetarea blindajului antibalistic din carbură de bor cu cost redus, cu scopul de a promova utilizarea la scară largă a blindajului antibalistic din carbură de bor în industria de apărare.
4. Aplicație în industria nucleară
Carbura de bor are o secțiune transversală de absorbție a neutronilor ridicată și un spectru larg de energie neutronică și este recunoscută pe plan internațional ca fiind cel mai bun absorbant de neutroni pentru industria nucleară. Printre aceștia, secțiunea termică a izotopului bor-10 este de până la 347 × 10-24 cm2, fiind a doua după câteva elemente precum gadoliniu, samariu și cadmiu, și este un absorbant termic eficient de neutroni. În plus, carbura de bor este bogată în resurse, rezistentă la coroziune, are o bună stabilitate termică, nu produce izotopi radioactivi și are o energie secundară scăzută, astfel încât carbura de bor este utilizată pe scară largă ca material de control și material de ecranare în reactoarele nucleare.
De exemplu, în industria nucleară, reactorul răcit cu gaz la temperatură înaltă utilizează un sistem de oprire cu bile absorbante de bor ca al doilea sistem de oprire. În caz de accident, când primul sistem de oprire se defectează, al doilea sistem de oprire utilizează un număr mare de pelete de carbură de bor care cad liber în canalul stratului reflectorizant al miezului reactorului etc., pentru a opri reactorul și a realiza oprirea la rece, bila absorbantă fiind o bilă de grafit care conține carbură de bor. Funcția principală a miezului de carbură de bor în reactorul răcit cu gaz la temperatură înaltă este de a controla puterea și siguranța reactorului. Cărămida de carbon este impregnată cu material absorbant de neutroni din carbură de bor, care poate reduce iradierea neutronilor din vasul de presiune al reactorului.
În prezent, materialele borurate pentru reactoarele nucleare includ în principal următoarele materiale: carbură de bor (tire de control, tije de ecranare), acid boric (moderator, agent de răcire), oțel cu bor (tire de control și materiale de depozitare pentru combustibil nuclear și deșeuri nucleare), bor-europiu (material otrăvitor combustibil pentru miezul reactorului) etc.