Карбид бора – это черный кристалл с металлическим блеском, также известный как черный алмаз, который относится к неорганическим неметаллическим материалам. В настоящее время все знакомы с материалом из карбида бора, что может быть связано с применением противопульной брони, поскольку он имеет самую низкую плотность среди керамических материалов, обладает преимуществами высокого модуля упругости и высокой твердости и может обеспечить хорошее использование. микропереломов для поглощения снарядов. Эффект энергии при максимально низком уровне нагрузки. Но на самом деле карбид бора обладает множеством других уникальных свойств, благодаря которым он может сыграть важную роль в абразивах, огнеупорных материалах, атомной промышленности, аэрокосмической и других областях.
Свойствакарбид бора
С точки зрения физических свойств, твердость карбида бора уступает только алмазу и кубическому нитриду бора, и он все еще может сохранять высокую прочность при высоких температурах, что может использоваться как идеальный высокотемпературный износостойкий материал; плотность карбида бора очень мала (теоретическая плотность всего 2,52 г/см3), легче обычных керамических материалов и может использоваться в аэрокосмической области; Карбид бора обладает сильной способностью поглощать нейтроны, хорошей термической стабильностью и температурой плавления 2450 ° C, поэтому он также широко используется в атомной промышленности. Способность нейтрона поглощать нейтроны можно дополнительно улучшить за счет добавления элементов B; карбидборные материалы особой морфологии и структуры обладают также особыми фотоэлектрическими свойствами; Кроме того, карбид бора имеет высокую температуру плавления, высокий модуль упругости, низкий коэффициент расширения и хорошие качества. Эти преимущества делают его потенциальным материалом для применения во многих областях, таких как металлургия, химическая промышленность, машиностроение, аэрокосмическая и военная промышленность. Например, коррозионно-стойкие и износостойкие детали, изготовление противопульной брони, стержней управления реактором и термоэлектрических элементов и т. д.
По химическим свойствам карбид бора не реагирует с кислотами, щелочами и большинством неорганических соединений при комнатной температуре, практически не реагирует с кислородом и галогенными газами при комнатной температуре, его химические свойства стабильны. Кроме того, порошок карбида бора активируется галогеном в качестве агента, борирующего сталь, и бор проникает на поверхность стали с образованием пленки борида железа, тем самым повышая прочность и износостойкость материала, а его химические свойства превосходны.
Мы все знаем, что природа материала определяет его использование, поэтому в каких случаях порошок карбида бора обладает выдающимися характеристиками?Инженеры R&D центра г.УрбанМайнс Тех.Co., Ltd. подвела следующий итог.
Применениекарбид бора
1. Карбид бора используется в качестве полирующего абразива.
Применение карбида бора в качестве абразива в основном применяется для шлифовки и полировки сапфира. Среди сверхтвердых материалов карбид бора по твердости превосходит оксид алюминия и карбид кремния, уступая только алмазу и кубическому нитриду бора. Сапфир является наиболее идеальным материалом подложки для полупроводниковых GaN/Al 2 O3 светодиодов (СИД), больших интегральных схем SOI и SOS, а также сверхпроводящих наноструктурных пленок. Гладкость поверхности очень высокая и должна быть сверхгладкой. Никакой степени повреждения. Из-за высокой прочности и высокой твердости сапфирового стекла (твердость 9 по шкале Мооса) оно доставило большие трудности перерабатывающим предприятиям.
С точки зрения материалов и шлифовки лучшими материалами для обработки и шлифовки кристаллов сапфира являются синтетический алмаз, карбид бора, карбид кремния и диоксид кремния. Твердость искусственного алмаза слишком высока (твердость по шкале Мооса 10), при шлифовании сапфировой пластины он царапает поверхность, влияет на пропускание света пластины, а цена высока; после резки карбида кремния шероховатость RA обычно высокая, а плоскостность плохая; Однако твердость кремнезема недостаточна (твердость по шкале Мооса 7), а сила измельчения недостаточна, что требует много времени и труда в процессе измельчения. Таким образом, абразив из карбида бора (твердость по шкале Мооса 9,3) стал наиболее идеальным материалом для обработки и шлифования сапфировых кристаллов и обладает отличными характеристиками при двустороннем шлифовании сапфировых пластин, а также обратном утонении и полировке эпитаксиальных светодиодных пластин на основе сапфира.
Стоит отметить, что при температуре карбида бора выше 600 ° C поверхность окисляется с образованием пленки B2O3, которая в определенной степени смягчает ее, поэтому он не подходит для сухого шлифования при слишком высокой температуре в абразивных применениях, подходит только для полировки жидкая шлифовка. Однако это свойство предотвращает дальнейшее окисление B4C, что дает ему уникальные преимущества при применении огнеупорных материалов.
2. Применение в огнеупорных материалах.
Карбид бора обладает антиокислительными свойствами и устойчивостью к высоким температурам. Он обычно используется в качестве современных формованных и неформованных огнеупорных материалов и широко используется в различных областях металлургии, таких как стальные печи и печная мебель.
В связи с необходимостью энергосбережения и сокращения потребления в черной металлургии, а также при выплавке низкоуглеродистой и сверхнизкоуглеродистой стали проводятся исследования и разработки низкоуглеродистых магнезиально-углеродистых кирпичей (обычно <8% содержания углерода) с отличными характеристиками привлекает все больше и больше внимания отечественной и зарубежной промышленности. В настоящее время характеристики низкоуглеродистых магнезиально-углеродистых кирпичей в целом улучшаются за счет улучшения связанной углеродной структуры, оптимизации матричной структуры магнезиально-углеродистых кирпичей и добавления высокоэффективных антиоксидантов. Среди них используется графитированный углерод, состоящий из технического карбида бора и частично графитизированного технического углерода. Хорошие результаты показал черный композитный порошок, используемый в качестве источника углерода и антиоксиданта для низкоуглеродистых магнезиально-углеродистых кирпичей.
Поскольку карбид бора в определенной степени размягчается при высокой температуре, он может прикрепляться к поверхности частиц другого материала. Даже если продукт уплотнен, оксидная пленка B2O3 на поверхности может образовывать определенную защиту и играть антиокислительную роль. В то же время, поскольку столбчатые кристаллы, образующиеся в результате реакции, распределяются в матрице и зазорах огнеупорного материала, пористость уменьшается, прочность при температуре среды улучшается, а объем образующихся кристаллов расширяется, что может восстановить объем. усадка и уменьшение трещин.
3. Пуленепробиваемые материалы, используемые для усиления национальной обороны.
Благодаря своей высокой твердости, высокой прочности, малому удельному весу и высокому уровню баллистической стойкости карбид бора особенно соответствует тенденции легких пуленепробиваемых материалов. Это лучший пуленепробиваемый материал для защиты самолетов, транспортных средств, брони и человеческих тел; в настоящее время,Некоторые страныпредложили провести исследование недорогой противоракетной брони из карбида бора с целью содействия широкомасштабному использованию противоракетной брони из карбида бора в оборонной промышленности.
4. Применение в атомной промышленности.
Карбид бора имеет высокое сечение поглощения нейтронов и широкий энергетический спектр нейтронов и признан во всем мире лучшим поглотителем нейтронов для атомной промышленности. Среди них тепловое сечение изотопа бора-10 достигает 347×10-24 см2, уступая лишь нескольким элементам, таким как гадолиний, самарий и кадмий, и является эффективным поглотителем тепловых нейтронов. Кроме того, карбид бора богат ресурсами, устойчив к коррозии, имеет хорошую термическую стабильность, не производит радиоактивные изотопы и имеет низкую энергию вторичных лучей, поэтому карбид бора широко используется в качестве контрольных и защитных материалов в ядерных реакторах.
Например, в атомной промышленности в качестве второй системы останова высокотемпературного газоохлаждаемого реактора используется система останова с шариком, поглощающим бор. В случае аварии, когда первая система останова выходит из строя, вторая система останова использует большое количество свободно падающих таблеток карбида бора в канал отражающего слоя активной зоны реактора и т.п. для остановки реактора и реализации холода. отключение, при этом поглощающий шар представляет собой графитовый шар, содержащий карбид бора. Основной функцией активной зоны из карбида бора в высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе является управление мощностью и безопасностью реактора. Углеродный кирпич пропитан нейтронопоглощающим материалом из карбида бора, который позволяет снизить нейтронное облучение корпуса реактора.
В настоящее время к боридным материалам для ядерных реакторов в основном относятся следующие материалы: карбид бора (регулирующие стержни, защитные стержни), борная кислота (замедлитель, теплоноситель), борсодержащая сталь (регулирующие стержни и материалы хранения ядерного топлива и ядерных отходов), бор-европий. (выгорающий отравляющий материал активной зоны) и т. д.