Boron Carbide เป็นคริสตัลสีดำที่มีความมันวาวโลหะหรือที่รู้จักกันในชื่อ Black Diamond ซึ่งเป็นของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอนินทรีย์ ในปัจจุบันทุกคนคุ้นเคยกับวัสดุของโบรอนคาร์ไบด์ซึ่งอาจเกิดจากการใช้เกราะกันกระสุนเพราะมีความหนาแน่นต่ำที่สุดในวัสดุเซรามิกมีข้อได้เปรียบของโมดูลัสที่ยืดหยุ่นสูงและความแข็งสูง ผลกระทบของพลังงานในขณะที่รักษาภาระให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ แต่ในความเป็นจริงโบรอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์อื่น ๆ อีกมากมายซึ่งสามารถทำให้มันมีบทบาทสำคัญในการกัดกร่อนวัสดุทนไฟอุตสาหกรรมนิวเคลียร์การบินและอวกาศและสาขาอื่น ๆ
คุณสมบัติของโบรอนคาร์ไบด์
ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพความแข็งของโบรอนคาร์ไบด์เป็นเพียงหลังจากเพชรและลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์และมันยังสามารถรักษาความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูงซึ่งสามารถใช้เป็นวัสดุทนต่อการสึกหรออุณหภูมิสูงในอุดมคติ; ความหนาแน่นของโบรอนคาร์ไบด์มีขนาดเล็กมาก (ความหนาแน่นเชิงทฤษฎีเพียง 2.52 g/ cm3), เบากว่าวัสดุเซรามิกทั่วไปและสามารถใช้ในสนามบินและอวกาศ; โบรอนคาร์ไบด์มีความสามารถในการดูดซับนิวตรอนที่แข็งแกร่งความเสถียรทางความร้อนที่ดีและจุดหลอมเหลวของ 2450 ° C ดังนั้นจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ความสามารถในการดูดซับนิวตรอนของนิวตรอนสามารถปรับปรุงได้อีกโดยการเพิ่มองค์ประกอบ B; วัสดุโบรอนคาร์ไบด์ที่มีสัณฐานวิทยาและโครงสร้างที่เฉพาะเจาะจงยังมีคุณสมบัติโฟโตอิเล็กทริกพิเศษ นอกจากนี้โบรอนคาร์ไบด์ยังมีจุดหลอมเหลวสูงโมดูลัสยืดหยุ่นสูงสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำและข้อดีเหล่านี้ทำให้เป็นวัสดุที่มีศักยภาพในหลายสาขาเช่นโลหะวิทยาอุตสาหกรรมเคมีเครื่องจักรการบินและอวกาศ ตัวอย่างเช่นชิ้นส่วนที่ทนต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอทำเกราะกันกระสุนแท่งควบคุมเครื่องปฏิกรณ์และองค์ประกอบเทอร์โมอิเล็กทริก ฯลฯ ฯลฯ
ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมีโบรอนคาร์ไบด์ไม่ได้ทำปฏิกิริยากับกรดอัลคาลิสและสารประกอบอนินทรีย์ส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้องและแทบจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและก๊าซฮาโลเจนที่อุณหภูมิห้องและคุณสมบัติทางเคมีมีความเสถียร นอกจากนี้ผงโบรอนคาร์ไบด์ยังถูกเปิดใช้งานโดยฮาโลเจนในฐานะตัวแทนเหล็กและโบรอนถูกแทรกซึมบนพื้นผิวของเหล็กเพื่อสร้างฟิล์มเหล็กบอร์ไรด์ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอของวัสดุและคุณสมบัติทางเคมีนั้นยอดเยี่ยม
เราทุกคนรู้ว่าธรรมชาติของวัสดุเป็นตัวกำหนดการใช้งานดังนั้นผงโบรอนคาร์ไบด์ในแอพพลิเคชั่นใดมีประสิทธิภาพที่โดดเด่น?วิศวกรของศูนย์ R&D ของUrbanmines TechCo. , Ltd. ได้สรุปต่อไปนี้
การประยุกต์โบรอนคาร์ไบด์
1. โบรอนคาร์ไบด์ใช้เป็นขัดขัด
การประยุกต์ใช้โบรอนคาร์ไบด์เป็นสารกัดกร่อนส่วนใหญ่ใช้สำหรับการบดและขัดของไพลิน ในบรรดาวัสดุ Superhard ความแข็งของโบรอนคาร์ไบด์นั้นดีกว่าอลูมิเนียมออกไซด์และซิลิกอนคาร์ไบด์รองจากเพชรและลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์ Sapphire เป็นวัสดุสารตั้งต้นที่เหมาะที่สุดสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ GAN/AL 2 O3 Diodes (LED), วงจรรวมขนาดใหญ่ Soi และ SOS และฟิล์มนาโนคอนดักเตอร์ยิ่งใหญ่ ความเรียบของพื้นผิวนั้นสูงมากและจะต้องมีความไม่แน่นอนเป็นพิเศษไม่มีความเสียหาย เนื่องจากความแข็งแรงสูงและความแข็งสูงของคริสตัลแซฟไฟร์ (Mohs Hardness 9) ทำให้เกิดปัญหาอย่างมากในการประมวลผลองค์กร
จากมุมมองของวัสดุและการบดวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการแปรรูปและผลึกไพลินคือเพชรสังเคราะห์โบรอนคาร์ไบด์ซิลิกอนคาร์ไบด์และซิลิกอนไดออกไซด์ ความแข็งของเพชรเทียมสูงเกินไป (ความแข็งของ Mohs 10) เมื่อบดเวเฟอร์ไพลินมันจะเกาพื้นผิวส่งผลกระทบต่อการส่งผ่านแสงของเวเฟอร์และราคาแพง หลังจากตัดซิลิคอนคาร์ไบด์ความขรุขระ RA มักจะสูงและความเรียบก็ไม่ดี อย่างไรก็ตามความแข็งของซิลิกานั้นไม่เพียงพอ (Mohs Hardness 7) และแรงบดนั้นไม่ดีซึ่งใช้เวลานานและใช้แรงงานมากในกระบวนการบด ดังนั้นโบรอนคาร์ไบด์ขัด (Mohs Hardness 9.3) ได้กลายเป็นวัสดุที่เหมาะที่สุดสำหรับการประมวลผลและบดคริสตัลไพลินและมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการบดสองด้านของเวเฟอร์ไพลิน
เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงว่าเมื่อโบรอนคาร์ไบด์สูงกว่า 600 ° C พื้นผิวจะถูกออกซิไดซ์ลงในฟิล์ม B2O3 ซึ่งจะทำให้นิ่มนวลในระดับหนึ่งดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับการบดแห้งที่อุณหภูมิสูงเกินไป อย่างไรก็ตามคุณสมบัตินี้ป้องกัน B4C จากการถูกออกซิไดซ์ต่อไปทำให้มีข้อได้เปรียบที่ไม่ซ้ำกันในการประยุกต์ใช้วัสดุทนไฟ
2. การใช้งานในวัสดุทนไฟ
โบรอนคาร์ไบด์มีลักษณะของการต่อต้านการออกซิเดชั่นและความต้านทานอุณหภูมิสูง โดยทั่วไปจะใช้เป็นวัสดุวัสดุทนไฟที่มีรูปร่างสูงและไม่มีรูปร่างและใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาโลหะวิทยาต่าง ๆ เช่นเตาเหล็กและเฟอร์นิเจอร์เตาเผา
ด้วยความต้องการของการประหยัดพลังงานและการลดการบริโภคในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้าและการถลุงเหล็กคาร์บอนต่ำและเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำพิเศษการวิจัยและการพัฒนาอิฐแมกนีเซียคาร์บอนคาร์บอนต่ำ (โดยทั่วไป <8% ปริมาณคาร์บอน) ด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมได้ดึงดูดความสนใจจากอุตสาหกรรมในประเทศและต่างประเทศมากขึ้นเรื่อย ๆ ในปัจจุบันประสิทธิภาพของอิฐแมกนีเซียคาร์บอนคาร์บอนต่ำนั้นได้รับการปรับปรุงโดยการปรับปรุงโครงสร้างคาร์บอนที่ถูกผูกมัดเพิ่มประสิทธิภาพการปรับโครงสร้างเมทริกซ์ของอิฐแมกนีเซีย-คาร์บอนและเพิ่มสารต้านอนุมูลอิสระที่มีประสิทธิภาพสูง ในหมู่พวกเขามีคาร์บอนกราฟที่ประกอบด้วยโบรอนคาร์ไบด์เกรดอุตสาหกรรมและมีการใช้คาร์บอนแบล็กกราฟที่กราฟบางส่วน ผงคอมโพสิตสีดำที่ใช้เป็นแหล่งคาร์บอนและสารต้านอนุมูลอิสระสำหรับอิฐแมกนีเซียคาร์บอนคาร์บอนต่ำได้รับผลลัพธ์ที่ดี
เนื่องจากโบรอนคาร์ไบด์จะอ่อนตัวลงในระดับหนึ่งที่อุณหภูมิสูงจึงสามารถติดอยู่กับพื้นผิวของอนุภาควัสดุอื่น ๆ แม้ว่าผลิตภัณฑ์จะมีความหนาแน่น แต่ฟิล์ม B2O3 ออกไซด์บนพื้นผิวสามารถสร้างการป้องกันและมีบทบาทต่อต้านการออกซิเดชั่น ในเวลาเดียวกันเนื่องจากผลึกเสาที่เกิดจากปฏิกิริยาจะถูกกระจายในเมทริกซ์และช่องว่างของวัสดุทนไฟความพรุนจะลดลงความแข็งแรงของอุณหภูมิกลางจะดีขึ้นและปริมาตรของผลึกที่เกิดขึ้นจะขยายตัวซึ่งสามารถรักษาปริมาณการหดตัวและลดรอยแตก
3. วัสดุกันกระสุนที่ใช้เพื่อปรับปรุงการป้องกันประเทศ
เนื่องจากความแข็งสูงความแข็งแรงสูงแรงโน้มถ่วงขนาดเล็กและความต้านทานระดับสูง Boron Carbide นั้นสอดคล้องกับแนวโน้มของวัสดุกันกระสุนน้ำหนักเบา มันเป็นวัสดุกันกระสุนที่ดีที่สุดสำหรับการปกป้องเครื่องบินยานพาหนะเกราะและร่างกายมนุษย์ ตอนนี้,บางประเทศได้เสนอการวิจัยชุดเกราะต่อต้านการเรียกร้องโบรอนคาร์ไบด์ราคาประหยัดโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อส่งเสริมการใช้เกราะต่อต้านการเรียกร้องของโบรอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมการป้องกัน
4. แอปพลิเคชันในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์
โบรอนคาร์ไบด์มีการดูดซับนิวตรอนสูงและสเปกตรัมพลังงานนิวตรอนกว้างและได้รับการยอมรับในระดับสากลว่าเป็นตัวดูดซับนิวตรอนที่ดีที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ในหมู่พวกเขาส่วนความร้อนของไอโซโทปโบรอน -10 สูงถึง 347 × 10-24 ซม. 2 รองเพียงไม่กี่องค์ประกอบเช่นแกโดลิเนียมซามาเรียมและแคดเมียมและเป็นโช้คอัพนิวตรอนความร้อนที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้โบรอนคาร์ไบด์ยังอุดมไปด้วยทรัพยากรทนต่อการกัดกร่อนความเสถียรทางความร้อนที่ดีไม่ได้ผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสีและมีพลังงานรังสีรองต่ำดังนั้นโบรอนคาร์ไบด์จึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเป็นวัสดุควบคุมและวัสดุป้องกันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ตัวอย่างเช่นในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์เครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยก๊าซอุณหภูมิสูงใช้ระบบการปิดเครื่องบอลโบรอนเป็นระบบปิดระบบที่สอง ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุเมื่อระบบปิดระบบครั้งแรกล้มเหลวระบบการปิดระบบครั้งที่สองใช้เม็ดโบรอนคาร์ไบด์จำนวนมากหลุดออกไปในช่องของชั้นสะท้อนแสงของแกนเครื่องปฏิกรณ์ ฯลฯ เพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์และตระหนักถึงการปิดตัว ฟังก์ชั่นหลักของแกนโบรอนคาร์ไบด์ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยก๊าซอุณหภูมิสูงคือการควบคุมพลังงานและความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ อิฐคาร์บอนถูกชุบด้วยวัสดุดูดซับนิวตรอนโบรอนคาร์ไบด์ซึ่งสามารถลดการฉายรังสีนิวตรอนของภาชนะรับความดันเครื่องปฏิกรณ์
ในปัจจุบันวัสดุ Boride สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่รวมถึงวัสดุต่อไปนี้: โบรอนคาร์ไบด์ (แท่งควบคุม, แท่งป้องกัน), กรดบอริก (ผู้ดูแล, สารหล่อเย็น), เหล็กกล้าโบรอน (แท่งควบคุมและวัสดุจัดเก็บสำหรับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และของเสียนิวเคลียร์)