Бор карбид је црни кристал са металним сјајем, познат и као црни дијамант, који припада неорганским неметалним материјалима. Тренутно су сви упознати са материјалом бор карбида, што може бити због примене у отпорном оклопу, јер има најмању густину међу керамичким материјалима, има предности високог модула еластичности и високе тврдоће, и може постићи добру употребу микро-фрактура за апсорпцију пројектила. Ефекат енергије, уз одржавање што је могуће нижег оптерећења. Али у ствари, бор карбид има многа друга јединствена својства, што га може учинити важним у абразивима, ватросталним материјалима, нуклеарној индустрији, ваздухопловству и другим областима.
Својствабор карбид
Што се тиче физичких својстава, тврдоћа бор карбида је одмах после дијаманта и кубног бор нитрида, а и даље може да одржи високу чврстоћу на високим температурама, што га чини идеалним материјалом отпорним на хабање на високим температурама; густина бор карбида је веома мала (теоретска густина је само 2,52 г/цм3), лакши је од обичних керамичких материјала и може се користити у ваздухопловству; бор карбид има јаку способност апсорпције неутрона, добру термичку стабилност и тачку топљења од 2450 °C, па се широко користи и у нуклеарној индустрији. Способност апсорпције неутрона може се додатно побољшати додавањем Б елемената; материјали од бор карбида са специфичном морфологијом и структуром такође имају посебна фотоелектрична својства; поред тога, бор карбид има високу тачку топљења, висок модул еластичности, низак коефицијент ширења и добре особине. Ове предности га чине потенцијалним материјалом за примену у многим областима као што су металургија, хемијска индустрија, машинство, ваздухопловство и војна индустрија. На пример, делови отпорни на корозију и хабање, израда непробојног оклопа, контролних шипки реактора и термоелектричних елемената итд.
Што се тиче хемијских својстава, бор карбид не реагује са киселинама, алкалијама и већином неорганских једињења на собној температури, а тешко реагује са кисеоником и халогеним гасовима на собној температури, а његова хемијска својства су стабилна. Поред тога, прах бор карбида се активира халогеном као средством за борирање челика, а бор се инфилтрира на површину челика и формира филм гвожђе борида, чиме се повећава чврстоћа и отпорност материјала на хабање, а његова хемијска својства су одлична.
Сви знамо да природа материјала одређује употребу, па у којим применама прах бор карбида има изванредне перформансе?Инжењери истраживачко-развојног центраУрбанМајнс Тех.Co., Ltd. је направио следећи резиме.
Применабор карбид
1. Бор карбид се користи као абразив за полирање
Бор карбид се користи као абразив углавном за брушење и полирање сафира. Међу супертврдим материјалима, тврдоћа бор карбида је боља од тврдоће алуминијум оксида и силицијум карбида, одмах после дијаманта и кубног бор нитрида. Сафир је најидеалнији материјал за подлогу полупроводничких GaN/Al 2 O 3 светлосних диода (ЛЕД), великих интегрисаних кола SOI и SOS и суперпроводних наноструктурних филмова. Глаткоћа површине је веома висока и мора бити ултра глатка без степена оштећења. Због високе чврстоће и високе тврдоће сафирног кристала (Мосова тврдоћа 9), доноси велике потешкоће прерађивачким предузећима.
Са становишта материјала и брушења, најбољи материјали за обраду и брушење сафирних кристала су синтетички дијамант, бор карбид, силицијум карбид и силицијум диоксид. Тврдоћа вештачког дијаманта је превисока (Мосова тврдоћа 10) приликом брушења сафирне плочице, огребати ће површину, утицати на пропустљивост светлости плочице, а цена је висока; након сечења силицијум карбида, храпавост RA је обично висока, а равност лоша; међутим, тврдоћа силицијум диоксида није довољна (Мосова тврдоћа 7), а сила брушења је лоша, што је дуготрајан и радно интензиван процес брушења. Стога је бор карбид абразив (Мосова тврдоћа 9,3) постао најидеалнији материјал за обраду и брушење сафирних кристала и има одличне перформансе у двостраном брушењу сафирних плочица и задњем тањењу и полирању ЛЕД епитаксијалних плочица на бази сафира.
Вреди напоменути да када је бор карбид изнад 600°C, површина ће се оксидовати у филм B2O3, што ће га донекле омекшати, тако да није погодан за суво брушење на превисокој температури у абразивним применама, већ је погодан само за полирање течним брушењем. Међутим, ово својство спречава даљу оксидацију B4C, што му даје јединствене предности у примени ватросталних материјала.
2. Примена у ватросталним материјалима
Бор карбид има карактеристике антиоксидације и отпорности на високе температуре. Генерално се користи као напредни обликовани и необликовани ватростални материјал и широко се користи у различитим областима металургије, као што су челичне пећи и намештај за пећи.
Са потребама за уштедом енергије и смањењем потрошње у индустрији гвожђа и челика и топљењем нискоугљеничног челика и ултра нискоугљеничног челика, истраживање и развој нискоугљеничних магнезит-угљеничних опеки (генерално <8% садржаја угљеника) са одличним перформансама привукли су све већу пажњу домаће и стране индустрије. Тренутно, перформансе нискоугљеничних магнезит-угљеничних опеки се генерално побољшавају побољшањем структуре везаног угљеника, оптимизацијом матричног структуре магнезит-угљеничних опеки и додавањем високоефикасних антиоксиданата. Међу њима се користи графитизовани угљеник састављен од индустријског бор карбида и делимично графитизоване чађи. Црни композитни прах, који се користи као извор угљеника и антиоксиданс за нискоугљеничне магнезит-угљеничне опеке, постигао је добре резултате.
Пошто бор карбид донекле омекшава на високој температури, може се везати за површину других честица материјала. Чак и ако се производ згусне, филм оксида B2O3 на површини може формирати одређену заштиту и играти антиоксидативну улогу. Истовремено, пошто су стубасти кристали генерисани реакцијом распоређени у матрици и шупљинама ватросталног материјала, порозност се смањује, чврстоћа на средњој температури се побољшава, а запремина генерисаних кристала се шири, што може зацелити скупљање запремине и смањити пукотине.
3. Непробојни материјали који се користе за јачање националне одбране
Због своје високе тврдоће, велике чврстоће, мале специфичне тежине и високог нивоа балистичке отпорности, бор карбид је посебно у складу са трендом лаких материјала отпорних на метке. То је најбољи материјал отпоран на метке за заштиту авиона, возила, оклопа и људских тела; тренутно,Неке земљепредложили су истраживање јефтиног антибалистичког оклопа од бор-карбида, са циљем да промовишу велику употребу антибалистичког оклопа од бор-карбида у одбрамбеној индустрији.
4. Примена у нуклеарној индустрији
Бор карбид има висок попречни пресек апсорпције неутрона и широк енергетски спектар неутрона, и међународно је признат као најбољи апсорбер неутрона за нуклеарну индустрију. Међу њима, термички пресек изотопа бора-10 је чак 347×10⁻²⁴ цм², други по величини после неколико елемената као што су гадолинијум, самаријум и кадмијум, и ефикасан је апсорбер топлотних неутрона. Поред тога, бор карбид је богат ресурсима, отпоран на корозију, добре термичке стабилности, не производи радиоактивне изотопе и има ниску енергију секундарног зрака, па се бор карбид широко користи као контролни материјал и заштитни материјал у нуклеарним реакторима.
На пример, у нуклеарној индустрији, реактор са високим температурама хлађен гасом користи систем за гашење помоћу куглице која апсорбује бор као други систем за гашење. У случају несреће, када први систем за гашење откаже, други систем за гашење користи велики број куглица бор карбида које слободно падају у канал рефлектујућег слоја језгра реактора итд., да би се реактор искључио и остварило хладно гашење, при чему је апсорбујућа куглица графитна куглица која садржи бор карбид. Главна функција језгра бор карбида у реактору са високим температурама хлађеном гасом је да контролише снагу и безбедност реактора. Угљенична цигла је импрегнирана материјалом који апсорбује неутроне, што може смањити неутронско зрачење реакторског суда под притиском.
Тренутно, боридни материјали за нуклеарне реакторе углавном укључују следеће материјале: бор карбид (контролне шипке, заштитне шипке), борна киселина (модератор, расхладно средство), боров челик (контролне шипке и материјали за складиштење нуклеарног горива и нуклеарног отпада), бор европијум (материјал за запаљиви отров у језгру) итд.