Borov karbid je črn kristal s kovinskim leskom, znan tudi kot črni diamant, ki spada med anorganske nekovinske materiale. Trenutno vsi poznajo material borovega karbida, kar je lahko posledica uporabe neprebojnega oklepa, saj ima najnižjo gostoto med keramičnimi materiali, ima prednosti visokega modula elastičnosti in visoke trdote ter lahko doseže dobro uporabo mikrozlomov za absorpcijo izstrelkov. Učinek energije, pri čemer je obremenitev čim manjša. Toda v resnici ima borov karbid številne druge edinstvene lastnosti, zaradi katerih lahko igra pomembno vlogo v abrazivih, ognjevzdržnih materialih, jedrski industriji, vesoljski in drugih področjih.
Lastnostiborov karbid
Kar zadeva fizikalne lastnosti, je trdota borovega karbida le za diamantom in kubičnim borovim nitridom in lahko še vedno ohranja visoko trdnost pri visokih temperaturah, kar se lahko uporablja kot idealen material, odporen proti obrabi pri visokih temperaturah; gostota borovega karbida je zelo majhna (teoretična gostota je samo 2,52 g/cm3), lažja od običajnih keramičnih materialov in se lahko uporablja v vesoljskem področju; borov karbid ima močno sposobnost absorpcije nevtronov, dobro toplotno stabilnost in tališče 2450 °C, zato se pogosto uporablja tudi v jedrski industriji. Sposobnost nevtronske absorpcije nevtronov je mogoče še izboljšati z dodajanjem elementov B; borov karbidni materiali s specifično morfologijo in strukturo imajo tudi posebne fotoelektrične lastnosti; poleg tega ima borov karbid visoko tališče, visok modul elastičnosti, nizek koeficient razteznosti in dobro. Zaradi teh prednosti je potencialno uporaben material na številnih področjih, kot so metalurgija, kemična industrija, stroji, vesoljska in vojaška industrija. Na primer korozijsko odporni in obrabno odporni deli, izdelava neprebojnih oklepov, krmilne palice reaktorjev in termoelektrični elementi itd.
Kar zadeva kemijske lastnosti, borov karbid ne reagira s kislinami, alkalijami in večino anorganskih spojin pri sobni temperaturi ter komajda reagira s kisikom in halogenimi plini pri sobni temperaturi, njegove kemijske lastnosti pa so stabilne. Poleg tega prašek borovega karbida aktivira halogen kot sredstvo za boriziranje jekla, bor pa se infiltrira na površino jekla, da tvori film železovega borida, s čimer se poveča trdnost in odpornost proti obrabi, njegove kemične lastnosti pa so odlične.
Vsi vemo, da narava materiala določa uporabo, torej v katerih aplikacijah ima prah borovega karbida izjemno učinkovitost?Inženirji centra za raziskave in razvoj vUrbanMines Tech.Co., Ltd. je naredil naslednji povzetek.
Uporababorov karbid
1. Borov karbid se uporablja kot abraziv za poliranje
Uporaba borovega karbida kot abraziva se uporablja predvsem za brušenje in poliranje safirja. Med supertrdimi materiali je trdota borovega karbida boljša od trdote aluminijevega oksida in silicijevega karbida, takoj za diamantom in kubičnim borovim nitridom. Safir je najbolj idealen substratni material za polprevodniške svetleče diode GaN/Al 2 O3 (LED), obsežna integrirana vezja SOI in SOS ter superprevodne nanostrukturne filme. Gladkost površine je zelo visoka in mora biti izjemno gladka Brez poškodb. Zaradi visoke trdnosti in visoke trdote safirnega kristala (trdota po Mohsu 9) je predelovalnim podjetjem povzročil velike težave.
Z vidika materialov in brušenja so najboljši materiali za obdelavo in brušenje safirnih kristalov sintetični diamant, borov karbid, silicijev karbid in silicijev dioksid. Trdota umetnega diamanta je previsoka (trdota po Mohsu 10) pri mletju safirne rezine, bo opraskala površino, vplivala na prepustnost svetlobe rezine in cena je visoka; po rezanju silicijevega karbida je hrapavost RA običajno visoka, ravnost pa slaba; Vendar pa trdota silicijevega dioksida ni zadostna (Mohsova trdota 7), brusilna sila pa je slaba, kar je dolgotrajen in delovno intenziven postopek brušenja. Zato je abraziv iz borovega karbida (trdota po Mohsu 9,3) postal najbolj idealen material za obdelavo in brušenje safirnih kristalov in ima odlične rezultate pri dvostranskem brušenju safirnih rezin ter povratnem tanjšanju in poliranju LED epitaksialnih rezin na osnovi safirja.
Omeniti velja, da ko bo borov karbid nad 600 ° C, bo površina oksidirana v film B2O3, ki jo bo do določene mere zmehčal, zato ni primeren za suho brušenje pri previsoki temperaturi pri abrazivnih aplikacijah, le primeren za poliranje tekoče brus. Vendar ta lastnost preprečuje nadaljnjo oksidacijo B4C, zaradi česar ima edinstvene prednosti pri uporabi ognjevzdržnih materialov.
2. Uporaba v ognjevarnih materialih
Borov karbid ima lastnosti protioksidacije in visoke temperaturne odpornosti. Na splošno se uporablja kot napredni oblikovani in neoblikovani ognjevarni materiali in se pogosto uporablja na različnih področjih metalurgije, kot so jeklene peči in pohištvo za peči.
S potrebami po varčevanju z energijo in zmanjšanju porabe v železarski in jeklarski industriji ter taljenju jekla z nizko vsebnostjo ogljika in jekla z ultra nizko vsebnostjo ogljika, raziskave in razvoj nizkoogljičnih magnezijevo-ogljikovih opek (na splošno <8 % vsebnosti ogljika) z odličnim delovanjem je pritegnil vse več pozornosti domače in tuje industrije. Trenutno je učinkovitost nizkoogljičnih magnezijevo-ogljikovih opek na splošno izboljšana z izboljšanjem strukture vezanega ogljika, optimizacijo matrične strukture magnezijevo-ogljikovih opek in dodajanjem visoko učinkovitih antioksidantov. Med njimi se uporablja grafitiziran ogljik, sestavljen iz borovega karbida industrijske kakovosti in delno grafitiziranih saj. Črni kompozitni prah, ki se uporablja kot vir ogljika in antioksidant za nizkoogljične magnezijevo-ogljikove opeke, je dosegel dobre rezultate.
Ker se borov karbid pri visoki temperaturi do določene mere zmehča, ga je mogoče pritrditi na površino drugih delcev materiala. Tudi če je izdelek zgoščen, lahko B2O3 oksidni film na površini tvori določeno zaščito in ima vlogo proti oksidaciji. Hkrati, ker so stebrasti kristali, ki nastanejo pri reakciji, porazdeljeni v matrico in vrzeli ognjevzdržnega materiala, se poroznost zmanjša, trdnost pri srednji temperaturi se izboljša in volumen ustvarjenih kristalov se razširi, kar lahko zdravi volumen krčenje in zmanjšanje razpok.
3. Neprebojni materiali, ki se uporabljajo za krepitev nacionalne obrambe
Zaradi visoke trdote, visoke trdnosti, majhne specifične teže in visoke stopnje balistične odpornosti je borov karbid še posebej v skladu s trendom lahkih neprebojnih materialov. Je najboljši neprebojni material za zaščito letal, vozil, oklepov in človeških teles; trenutno,Nekatere državeso predlagali poceni raziskave protibalističnih oklepov iz borovega karbida, katerih cilj je spodbujati obsežno uporabo protibalističnih oklepov iz borovega karbida v obrambni industriji.
4. Uporaba v jedrski industriji
Borov karbid ima visok presek absorpcije nevtronov in širok spekter nevtronske energije ter je mednarodno priznan kot najboljši absorber nevtronov za jedrsko industrijo. Med njimi je termični odsek izotopa bora-10 visok kar 347×10-24 cm2, takoj za nekaj elementi, kot so gadolinij, samarij in kadmij, in je učinkovit absorber toplotnih nevtronov. Poleg tega je borov karbid bogat z viri, odporen proti koroziji, ima dobro toplotno stabilnost, ne proizvaja radioaktivnih izotopov in ima nizko energijo sekundarnega žarka, zato se borov karbid pogosto uporablja kot kontrolni material in zaščitni material v jedrskih reaktorjih.
Na primer, v jedrski industriji visokotemperaturni reaktor, hlajen s plinom, kot drugi zaustavitveni sistem uporablja sistem za zaustavitev krogle, ki absorbira bor. V primeru nesreče, ko prvi sistem za zaustavitev odpove, drugi sistem za zaustavitev uporabi veliko število pelet borovega karbida, ki prosto padejo v kanal odbojne plasti jedra reaktorja itd., da zaustavijo reaktor in realizirajo hladno zaustavitev, pri čemer je absorpcijska krogla grafitna krogla, ki vsebuje borov karbid. Glavna funkcija jedra borovega karbida v visokotemperaturnem plinsko hlajenem reaktorju je nadzor moči in varnosti reaktorja. Ogljikova opeka je impregnirana z materialom borovega karbida, ki absorbira nevtrone, kar lahko zmanjša nevtronsko obsevanje tlačne posode reaktorja.
Trenutno boridni materiali za jedrske reaktorje vključujejo predvsem naslednje materiale: borov karbid (kontrolne palice, zaščitne palice), borova kislina (moderator, hladilno sredstvo), borovo jeklo (kontrolne palice in materiali za shranjevanje jedrskega goriva in jedrskih odpadkov), borov europij (jedro gorljivega strupenega materiala) itd.