Borkarbid är en svart kristall med metallisk glans, även känd som svart diamant, som tillhör oorganiska icke-metalliska material. För närvarande är alla bekanta med materialet borkarbid, vilket kan bero på användningen av skottsäkert pansar, eftersom det har den lägsta densiteten bland keramiska material, har fördelarna med hög elasticitetsmodul och hög hårdhet, och kan uppnå god användning av mikrofraktur för att absorbera projektiler. Effekten av energi, samtidigt som belastningen hålls så låg som möjligt. Men i själva verket har borkarbid många andra unika egenskaper, vilket kan göra att det spelar en viktig roll inom slipmedel, eldfasta material, kärnkraftsindustrin, flyg- och rymdindustrin och andra områden.
Egenskaper hosborkarbid
När det gäller fysikaliska egenskaper är borkarbidens hårdhet endast efter diamant och kubisk bornitrid, och den kan fortfarande bibehålla hög hållfasthet vid höga temperaturer, vilket kan användas som ett idealiskt slitstarkt material vid höga temperaturer. Borkarbidens densitet är mycket liten (teoretisk densitet är endast 2,52 g/cm3), lättare än vanliga keramiska material och kan användas inom flyg- och rymdområdet. Borkarbid har en stark neutronabsorptionsförmåga, god termisk stabilitet och en smältpunkt på 2450 °C, så den används också i stor utsträckning inom kärnkraftsindustrin. Neutronernas neutronabsorptionsförmåga kan ytterligare förbättras genom att tillsätta B-element. Borkarbidmaterial med specifik morfologi och struktur har också speciella fotoelektriska egenskaper. Dessutom har borkarbid en hög smältpunkt, hög elasticitetsmodul, låg expansionskoefficient och goda egenskaper. Dessa fördelar gör det till ett potentiellt tillämpningsmaterial inom många områden, såsom metallurgi, kemisk industri, maskiner, flyg- och rymdindustri och militärindustri. Till exempel används det för korrosionsbeständiga och slitstarka delar, tillverkning av skottsäkert pansar, reaktorkontrollstavar och termoelektriska element, etc.
När det gäller kemiska egenskaper reagerar borkarbid inte med syror, alkalier och de flesta oorganiska föreningar vid rumstemperatur, och reagerar knappast med syre och halogengaser vid rumstemperatur, och dess kemiska egenskaper är stabila. Dessutom aktiveras borkarbidpulver av halogen som ett stålborideringsmedel, och bor infiltreras på stålytan för att bilda en järnboridfilm, vilket förbättrar materialets hållfasthet och slitstyrka, och dess kemiska egenskaper är utmärkta.
Vi vet alla att materialets natur avgör användningen, så i vilka tillämpningar har borkarbidpulver enastående prestanda?Ingenjörerna vid FoU-centretUrbanMines Teknik.Co., Ltd. gjorde följande sammanfattning.
Tillämpning avborkarbid
1. Borkarbid används som poleringsslipmedel
Borkarbid används huvudsakligen som slipmedel för slipning och polering av safir. Bland superhårda material är borkarbidens hårdhet bättre än aluminiumoxid och kiselkarbid, näst efter diamant och kubisk bornitrid. Safir är det mest ideala substratmaterialet för halvledande GaN/Al2O3-lysdioder (LED), storskaliga integrerade kretsar SOI och SOS, och supraledande nanostrukturfilmer. Ytans jämnhet är mycket hög och måste vara ultraslät utan någon grad av skada. På grund av safirkristallens höga hållfasthet och hårdhet (Mohs-hårdhet 9) har det orsakat stora svårigheter för bearbetningsföretag.
Ur material- och slipningsperspektiv är de bästa materialen för bearbetning och slipning av safirkristaller syntetisk diamant, borkarbid, kiselkarbid och kiseldioxid. Hårdheten hos den konstgjorda diamanten är för hög (Mohs-hårdhet 10) och vid slipning av safirskivor kommer den att repa ytan, påverka skivans ljusgenomsläpplighet och priset är högt. Efter slipning av kiselkarbid är grovheten RA vanligtvis hög och planheten dålig. Kiseldioxidens hårdhet är dock inte tillräcklig (Mohs-hårdhet 7) och slipkraften är dålig, vilket är tidskrävande och arbetsintensivt i slipningsprocessen. Därför har slipmedlet av borkarbid (Mohs-hårdhet 9,3) blivit det mest ideala materialet för bearbetning och slipning av safirkristaller och har utmärkta prestanda vid dubbelsidig slipning av safirskivor och bakåtuttunning och polering av safirbaserade LED-epitaxialskivor.
Det är värt att nämna att när borkarbid är över 600 °C oxideras ytan till en B2O3-film, vilket mjukar upp den i viss mån, så den är inte lämplig för torrslipning vid för hög temperatur i slipande applikationer, utan endast lämplig för polering av flytande slipning. Denna egenskap förhindrar dock att B4C oxideras ytterligare, vilket gör att den har unika fördelar vid tillämpning av eldfasta material.
2. Användning i eldfasta material
Borkarbid har egenskaper som antioxidation och hög temperaturbeständighet. Det används generellt som avancerat formade och oformade eldfasta material och används ofta inom olika metallurgiområden, såsom stålugnar och ugnsmöbler.
Med behovet av energibesparingar och minskad förbrukning inom järn- och stålindustrin och smältning av lågkolhaltigt stål och ultralågkolhaltigt stål har forskning och utveckling av lågkolhaltiga magnesia-koltegelstenar (vanligtvis <8 % kolhalt) med utmärkt prestanda lockat mer och mer uppmärksamhet från inhemska och utländska industrier. För närvarande förbättras prestandan hos lågkolhaltiga magnesia-koltegelstenar generellt genom att förbättra den bundna kolstrukturen, optimera matrisstrukturen hos magnesia-koltegelstenar och tillsätta högeffektiva antioxidanter. Bland dessa används grafitiserat kol bestående av industriell borkarbid och delvis grafitiserat kimrök. Svart kompositpulver, som används som kolkälla och antioxidant för lågkolhaltiga magnesia-koltegelstenar, har uppnått goda resultat.
Eftersom borkarbid mjuknar i viss mån vid hög temperatur kan den fästa vid ytan av andra materialpartiklar. Även om produkten förtätas kan B2O3-oxidfilmen på ytan bilda ett visst skydd och spela en antioxidativ roll. Samtidigt, eftersom de kolumnära kristallerna som genereras av reaktionen är fördelade i matrisen och spalterna i det eldfasta materialet, minskar porositeten, förbättrar hållfastheten vid medeltemperatur och volymen hos de genererade kristallerna expanderar, vilket kan läka volymkrympning och minska sprickor.
3. Skottsäkra material som används för att förbättra det nationella försvaret
På grund av sin höga hårdhet, höga hållfasthet, låga specifika vikt och höga ballistiska motståndskraft är borkarbid särskilt i linje med trenden med lätta skottsäkra material. Det är det bästa skottsäkra materialet för skydd av flygplan, fordon, rustningar och människokroppar; för närvarande,Vissa länderhar föreslagit billig forskning på antiballistiskt pansar av borkarbid, i syfte att främja storskalig användning av antiballistiskt pansar av borkarbid inom försvarsindustrin.
4. Tillämpning inom kärnkraftsindustrin
Borkarbid har ett högt neutronabsorptionstvärsnitt och ett brett neutronenergispektrum och är internationellt erkänt som den bästa neutronabsorbatorn för kärnkraftsindustrin. Bland dem är den termiska sektionen av bor-10-isotopen så hög som 347 × 10⁻²⁴ cm², näst efter ett fåtal element som gadolinium, samarium och kadmium, och är en effektiv termisk neutronabsorbator. Dessutom är borkarbid rik på resurser, korrosionsbeständig, god termisk stabilitet, producerar inte radioaktiva isotoper och har låg sekundärstrålningsenergi, så borkarbid används ofta som kontrollmaterial och skärmningsmaterial i kärnreaktorer.
Till exempel, inom kärnkraftsindustrin använder högtemperaturgaskyld reaktor ett borabsorberande kulsystem som ett andra avstängningssystem. Vid en olycka, när det första avstängningssystemet slutar fungera, använder det andra avstängningssystemet ett stort antal borkarbidpellets som faller fritt in i kanalen i det reflekterande lagret i reaktorhärden etc. för att stänga av reaktorn och genomföra kallavstängning, varvid den absorberande kulan är en grafitkula som innehåller borkarbid. Huvudfunktionen hos borkarbidkärnan i högtemperaturgaskyld reaktor är att kontrollera reaktorns effekt och säkerhet. Kolstenen är impregnerad med borkarbidneutronabsorberande material, vilket kan minska neutronbestrålningen från reaktortryckkärlet.
För närvarande omfattar boridmaterial för kärnreaktorer huvudsakligen följande material: borkarbid (kontrollstavar, skärmningsstavar), borsyra (moderator, kylvätska), borstål (kontrollstavar och lagringsmaterial för kärnbränsle och kärnavfall), boreuropium (brännbart giftmaterial i kärnan) etc.