ผงโบรอนคาร์ไบด์ใช้ทำอะไร?

โบรอนคาร์ไบด์เป็นคริสตัลสีดำที่มีความแวววาวของโลหะ หรือที่เรียกว่าเพชรสีดำ ซึ่งเป็นของวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะ ปัจจุบันใครๆ ก็คุ้นเคยกับวัสดุโบรอนคาร์ไบด์ซึ่งอาจเกิดจากการใช้เกราะกันกระสุนเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำที่สุดในบรรดาวัสดุเซรามิก มีข้อดีคือ โมดูลัสยืดหยุ่นสูง และมีความแข็งสูง และสามารถใช้งานได้ดี ของการแตกหักแบบไมโครเพื่อดูดซับโพรเจกไทล์ ผลของพลังงานในขณะที่รักษาภาระให้ต่ำที่สุด แต่ในความเป็นจริง โบรอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติเฉพาะอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งสามารถทำให้มันมีบทบาทสำคัญในสารกัดกร่อน วัสดุทนไฟ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ การบินและอวกาศ และสาขาอื่นๆ

คุณสมบัติของโบรอนคาร์ไบด์

ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ ความแข็งของโบรอนคาร์ไบด์จะมีความแข็งตามเพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์เท่านั้น และยังคงสามารถรักษาความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถใช้เป็นวัสดุที่ทนต่อการสึกหรอในอุณหภูมิสูงในอุดมคติได้ ความหนาแน่นของโบรอนคาร์ไบด์มีขนาดเล็กมาก (ความหนาแน่นทางทฤษฎีเพียง 2.52 g/ cm3) เบากว่าวัสดุเซรามิกธรรมดา และสามารถใช้ในสนามการบินและอวกาศ โบรอนคาร์ไบด์มีความสามารถในการดูดซับนิวตรอนสูง มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และมีจุดหลอมเหลวที่ 2,450 ° C ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ความสามารถในการดูดซับนิวตรอนของนิวตรอนสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้โดยการเพิ่มธาตุ B วัสดุโบรอนคาร์ไบด์ที่มีสัณฐานวิทยาและโครงสร้างเฉพาะก็มีคุณสมบัติโฟโตอิเล็กทริกพิเศษเช่นกัน นอกจากนี้ โบรอนคาร์ไบด์ยังมีจุดหลอมเหลวสูง โมดูลัสยืดหยุ่นสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำ และดี ข้อดีเหล่านี้ทำให้เป็นวัสดุที่มีศักยภาพในการใช้งานในหลายสาขา เช่น โลหะวิทยา อุตสาหกรรมเคมี เครื่องจักร การบินและอวกาศ และการทหาร ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอ การสร้างเกราะกันกระสุน แท่งควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ และองค์ประกอบเทอร์โมอิเล็กทริก เป็นต้น

ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี โบรอนคาร์ไบด์ไม่ทำปฏิกิริยากับกรด ด่าง และสารประกอบอนินทรีย์ส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้อง และแทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและก๊าซฮาโลเจนที่อุณหภูมิห้อง และคุณสมบัติทางเคมีของโบรอนก็เสถียร นอกจากนี้ ผงโบรอนคาร์ไบด์ยังถูกกระตุ้นโดยฮาโลเจนในฐานะสารเจาะเหล็ก และโบรอนถูกแทรกซึมบนพื้นผิวของเหล็กเพื่อสร้างฟิล์มเหล็กโบไรด์ ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานต่อการสึกหรอของวัสดุ และคุณสมบัติทางเคมีของมันก็ดีเยี่ยม

เราทุกคนทราบดีว่าธรรมชาติของวัสดุเป็นตัวกำหนดการใช้งาน ดังนั้นผงโบรอนคาร์ไบด์จึงมีประสิทธิภาพที่โดดเด่นในการใช้งานประเภทใดวิศวกรของศูนย์ R&D ของเออร์เบินไมนส์เทคบจก. ได้สรุปดังนี้

การประยุกต์ใช้ของโบรอนคาร์ไบด์

1. โบรอนคาร์ไบด์ใช้เป็นสารขัดเงา

การใช้โบรอนคาร์ไบด์เป็นสารขัดถูส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเจียรและขัดแซฟไฟร์ ในบรรดาวัสดุที่มีความแข็งยิ่งยวด ความแข็งของโบรอนคาร์ไบด์นั้นดีกว่าความแข็งของอะลูมิเนียมออกไซด์และซิลิคอนคาร์ไบด์ รองจากเพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์เท่านั้น แซฟไฟร์เป็นวัสดุซับสเตรตที่เหมาะสมที่สุดสำหรับไดโอดเปล่งแสง (LED) GaN/Al 2 O3 ของสารกึ่งตัวนำ วงจรรวมขนาดใหญ่ SOI และ SOS และฟิล์มโครงสร้างนาโนตัวนำยิ่งยวด ความเรียบของพื้นผิวสูงมากและต้องมีความเรียบเนียนเป็นพิเศษ ไม่มีระดับความเสียหาย เนื่องจากคริสตัลแซฟไฟร์มีความแข็งแกร่งและความแข็งสูง (ความแข็ง Mohs 9) จึงนำความยากลำบากมาสู่องค์กรแปรรูป

จากมุมมองของวัสดุและการเจียร วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการแปรรูปและการเจียรคริสตัลแซฟไฟร์คือเพชรสังเคราะห์ โบรอนคาร์ไบด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ และซิลิคอนไดออกไซด์ ความแข็งของเพชรเทียมสูงเกินไป (ความแข็ง Mohs 10) เมื่อบดเวเฟอร์แซฟไฟร์ จะทำให้พื้นผิวเกิดรอยขีดข่วน ส่งผลต่อการส่งผ่านแสงของเวเฟอร์ และมีราคาแพง หลังจากตัดซิลิคอนคาร์ไบด์ ความหยาบ RA มักจะสูงและความเรียบไม่ดี อย่างไรก็ตาม ความแข็งของซิลิกายังไม่เพียงพอ (ความแข็ง Mohs 7) และแรงบดต่ำ ซึ่งใช้เวลานานและใช้แรงงานมากในกระบวนการบด ดังนั้น สารกัดกร่อนโบรอนคาร์ไบด์ (ความแข็ง Mohs 9.3) จึงกลายเป็นวัสดุที่เหมาะที่สุดสำหรับการแปรรูปและการเจียรคริสตัลแซฟไฟร์ และมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการเจียรเวเฟอร์แซฟไฟร์สองด้าน และการขัดเงาด้านหลังและการขัดเงาของเวเฟอร์ LED epitaxial ที่ใช้แซฟไฟร์

เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อโบรอนคาร์ไบด์มีอุณหภูมิสูงกว่า 600 ° C พื้นผิวจะถูกออกซิไดซ์เป็นฟิล์ม B2O3 ซึ่งจะทำให้มันนิ่มลงในระดับหนึ่ง จึงไม่เหมาะสำหรับการบดแบบแห้งที่อุณหภูมิสูงเกินไปในการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เหมาะสมเท่านั้น สำหรับการขัดบดของเหลว อย่างไรก็ตาม คุณสมบัตินี้ป้องกันไม่ให้ B4C ถูกออกซิไดซ์อีก ซึ่งทำให้มีข้อได้เปรียบเฉพาะในการใช้วัสดุทนไฟ

2. การใช้วัสดุทนไฟ

โบรอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติในการต่อต้านอนุมูลอิสระและทนต่ออุณหภูมิสูง โดยทั่วไปใช้เป็นวัสดุทนไฟที่มีรูปร่างและไม่มีรูปร่างขั้นสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านโลหะวิทยาต่างๆ เช่นเตาเหล็กและเฟอร์นิเจอร์เตาเผา

ด้วยความต้องการในการประหยัดพลังงานและการลดการบริโภคในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้าและการถลุงเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำพิเศษ การวิจัยและพัฒนาอิฐคาร์บอนแมกนีเซียคาร์บอนต่ำ (โดยทั่วไปมีปริมาณคาร์บอน <8%) ด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรมในประเทศและต่างประเทศมากขึ้นเรื่อย ๆ ในปัจจุบัน ประสิทธิภาพของอิฐคาร์บอนแมกนีเซียคาร์บอนต่ำโดยทั่วไปได้รับการปรับปรุงโดยการปรับปรุงโครงสร้างคาร์บอนที่ถูกพันธะ การปรับโครงสร้างเมทริกซ์ของอิฐแมกนีเซียคาร์บอนให้เหมาะสม และการเพิ่มสารต้านอนุมูลอิสระที่มีประสิทธิภาพสูง ในบรรดาผลิตภัณฑ์เหล่านั้น มีการใช้คาร์บอนกราไฟต์ซึ่งประกอบด้วยโบรอนคาร์ไบด์เกรดอุตสาหกรรมและคาร์บอนแบล็คกราไฟต์บางส่วน ผงคอมโพสิตสีดำที่ใช้เป็นแหล่งคาร์บอนและสารต้านอนุมูลอิสระสำหรับอิฐคาร์บอนแมกนีเซียคาร์บอนต่ำได้รับผลลัพธ์ที่ดี

เนื่องจากโบรอนคาร์ไบด์จะอ่อนตัวลงในระดับหนึ่งที่อุณหภูมิสูง จึงสามารถยึดติดกับพื้นผิวของอนุภาควัสดุอื่นๆ ได้ แม้ว่าผลิตภัณฑ์จะมีความหนาแน่น แต่ฟิล์มออกไซด์ของ B2O3 บนพื้นผิวก็สามารถสร้างการป้องกันและมีบทบาทในการต่อต้านอนุมูลอิสระได้ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากผลึกเรียงเป็นแนวที่สร้างโดยปฏิกิริยามีการกระจายในเมทริกซ์และช่องว่างของวัสดุทนไฟ ความพรุนจะลดลง ความแข็งแรงของอุณหภูมิปานกลางจะดีขึ้น และปริมาตรของผลึกที่สร้างขึ้นจะขยายตัว ซึ่งสามารถรักษาปริมาตรได้ การหดตัวและลดรอยแตกร้าว

3. วัสดุกันกระสุนที่ใช้ในการเสริมการป้องกันประเทศ

เนื่องจากความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง ความถ่วงจำเพาะต่ำ และความต้านทานขีปนาวุธในระดับสูง โบรอนคาร์ไบด์จึงสอดคล้องกับแนวโน้มของวัสดุกันกระสุนน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ เป็นวัสดุกันกระสุนที่ดีที่สุดสำหรับการปกป้องเครื่องบิน ยานพาหนะ ชุดเกราะ และร่างกายมนุษย์ ตอนนี้,บางประเทศได้เสนอการวิจัยเกราะป้องกันขีปนาวุธโบรอนคาร์ไบด์ต้นทุนต่ำ โดยมีเป้าหมายเพื่อส่งเสริมการใช้ชุดเกราะป้องกันขีปนาวุธโบรอนคาร์ไบด์ในวงกว้างในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศ

4. การประยุกต์ในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์

โบรอนคาร์ไบด์มีส่วนตัดขวางการดูดกลืนนิวตรอนสูงและมีสเปกตรัมพลังงานนิวตรอนกว้าง และได้รับการยอมรับในระดับสากลว่าเป็นตัวดูดซับนิวตรอนที่ดีที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ส่วนความร้อนของไอโซโทปโบรอน-10 สูงถึง 347×10-24 ตารางลูกบาศก์เซนติเมตร เป็นรองเพียงไม่กี่องค์ประกอบ เช่น แกโดลิเนียม ซาแมเรียม และแคดเมียม และเป็นตัวดูดซับนิวตรอนความร้อนที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ โบรอนคาร์ไบด์ยังอุดมไปด้วยทรัพยากร ทนต่อการกัดกร่อน มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี ไม่ผลิตไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี และมีพลังงานรังสีทุติยภูมิต่ำ ดังนั้นโบรอนคาร์ไบด์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุควบคุมและวัสดุป้องกันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงใช้ระบบปิดระบบลูกบอลดูดซับโบรอนเป็นระบบปิดระบบที่สอง ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ เมื่อระบบปิดเครื่องครั้งแรกล้มเหลว ระบบปิดเครื่องที่สองจะใช้เม็ดโบรอนคาร์ไบด์จำนวนมาก ตกลงอย่างอิสระเข้าไปในช่องของชั้นสะท้อนแสงของแกนเครื่องปฏิกรณ์ ฯลฯ เพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์และรับความเย็น การปิดเครื่อง โดยที่ลูกบอลดูดซับคือลูกบอลกราไฟท์ที่มีโบรอนคาร์ไบด์ หน้าที่หลักของแกนโบรอนคาร์ไบด์ในเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงคือการควบคุมกำลังและความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ อิฐคาร์บอนถูกชุบด้วยวัสดุดูดซับนิวตรอนโบรอนคาร์ไบด์ ซึ่งสามารถลดการฉายรังสีนิวตรอนของภาชนะรับความดันของเครื่องปฏิกรณ์ได้

ปัจจุบัน วัสดุโบไรด์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุดังต่อไปนี้: โบรอนคาร์ไบด์ (แท่งควบคุม, แท่งป้องกัน), กรดบอริก (ตัวหน่วง, สารหล่อเย็น), เหล็กโบรอน (แท่งควบคุมและวัสดุกักเก็บสำหรับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และกากนิวเคลียร์), โบรอนยูโรเพียม (สารพิษที่เผาได้แกนกลาง) เป็นต้น