Boron cacbua là một tinh thể màu đen với ánh kim loại, còn được gọi là Black Diamond, thuộc về các vật liệu phi kim loại vô cơ. Hiện tại, mọi người đều quen thuộc với vật liệu của cacbua boron, có thể là do ứng dụng áo giáp chống đạn, bởi vì nó có mật độ thấp nhất trong số các vật liệu gốm, có lợi thế của mô đun đàn hồi cao và độ cứng cao, và có thể đạt được khả năng sử dụng tốt để hấp thụ các động tác. Tác dụng của năng lượng, trong khi giữ cho tải càng thấp càng tốt. Nhưng trên thực tế, Boron Carbide có nhiều tài sản độc đáo khác, có thể làm cho nó đóng vai trò quan trọng trong chất mài mòn, vật liệu chịu lửa, công nghiệp hạt nhân, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.
Tính chất củaBoron cacbua
Về mặt tính chất vật lý, độ cứng của cacbua boron chỉ sau kim cương và nitride boron, và nó vẫn có thể duy trì cường độ cao ở nhiệt độ cao, có thể được sử dụng như một vật liệu chống mài mòn nhiệt độ cao lý tưởng; Mật độ của cacbua boron rất nhỏ (mật độ lý thuyết chỉ là 2,52 g/ cm3), nhẹ hơn vật liệu gốm thông thường và có thể được sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ; Boron cacbua có khả năng hấp thụ neutron mạnh, độ ổn định nhiệt tốt và điểm nóng chảy 2450 ° C, do đó nó cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hạt nhân. Khả năng hấp thụ neutron của neutron có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách thêm các yếu tố B; Vật liệu cacbua boron với hình thái và cấu trúc cụ thể cũng có đặc tính quang điện đặc biệt; Ngoài ra, boron cacbua có điểm nóng chảy cao, mô đun đàn hồi cao, hệ số mở rộng thấp và tốt những lợi thế này làm cho nó trở thành một vật liệu ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực như luyện kim, công nghiệp hóa chất, máy móc, hàng không vũ trụ và công nghiệp quân sự. Ví dụ, các bộ phận chống mòn và chống mài mòn, tạo ra áo giáp chống đạn, thanh điều khiển lò phản ứng và các yếu tố nhiệt điện, v.v.
Về mặt tính chất hóa học, cacbua boron không phản ứng với axit, kiềm và hầu hết các hợp chất vô cơ ở nhiệt độ phòng và hầu như không phản ứng với khí oxy và halogen ở nhiệt độ phòng, và tính chất hóa học của nó ổn định. Ngoài ra, bột cacbua boron được kích hoạt bởi halogen như một tác nhân boriding bằng thép, và boron bị xâm nhập trên bề mặt thép để tạo thành một màng boride sắt, do đó tăng cường sức mạnh và khả năng chịu hao mòn của vật liệu, và tính chất hóa học của nó là tuyệt vời.
Chúng ta đều biết rằng bản chất của vật liệu xác định việc sử dụng, vì vậy trong đó các ứng dụng bột cacbua boron có hiệu suất nổi bật?Các kỹ sư của trung tâm R & D củaCông nghệ đô thị.Co., Ltd. đã thực hiện tóm tắt sau.
Áp dụngBoron cacbua
1. Boron cacbua được sử dụng làm chất mài mòn đánh bóng
Việc áp dụng cacbua boron như một chất mài mòn chủ yếu được sử dụng để mài và đánh bóng sapphire. Trong số các vật liệu siêu hình, độ cứng của cacbua boron tốt hơn so với oxit nhôm và cacbua silicon, chỉ đứng sau kim cương và nitride boron. Sapphire là vật liệu cơ chất lý tưởng nhất cho các điốt phát sáng (đèn LED) của GAN/AL 2 O3, các mạch tích hợp quy mô lớn SOI và SOS, và phim cấu trúc nano siêu dẫn. Độ mịn của bề mặt rất cao và phải cực kỳ mịn màng không có mức độ thiệt hại. Do sức mạnh cao và độ cứng cao của tinh thể sapphire (độ cứng của MOHS 9), nó đã mang lại những khó khăn lớn cho việc chế biến các doanh nghiệp.
Từ góc độ của vật liệu và mài, các vật liệu tốt nhất để chế biến và mài các tinh thể sapphire là kim cương tổng hợp, cacbua boron, cacbua silicon và silicon dioxide. Độ cứng của kim cương nhân tạo quá cao (độ cứng của MoHS 10) khi mài sapphire wafer, nó sẽ làm trầy xước bề mặt, ảnh hưởng đến độ truyền sáng của wafer và giá cả đắt tiền; Sau khi cắt cacbua silic, độ nhám RA thường cao và độ phẳng kém; Tuy nhiên, độ cứng của silica là không đủ (độ cứng của MOHS 7), và lực mài là kém, điều này tốn nhiều thời gian và tốn nhiều công sức trong quá trình mài. Do đó, mài mòn cacbua boron (độ cứng của MOHS 9.3) đã trở thành vật liệu lý tưởng nhất để chế biến và mài các tinh thể sapphire, và có hiệu suất tuyệt vời trong việc mài hai mặt sapphire và làm mỏng và đánh bóng các tấm led dựa trên sapphire.
Điều đáng nói là khi cacbua boron trên 600 ° C, bề mặt sẽ được oxy hóa thành màng B2O3, sẽ làm mềm nó ở một mức độ nhất định, do đó, nó không phù hợp để mài khô ở nhiệt độ quá cao trong các ứng dụng mài mòn, chỉ phù hợp để đánh bóng chất lỏng. Tuy nhiên, tài sản này ngăn B4C bị oxy hóa hơn nữa, khiến nó có những lợi thế duy nhất trong việc áp dụng các vật liệu chịu lửa.
2. Ứng dụng trong vật liệu chịu lửa
Boron cacbua có các đặc điểm của chống oxy hóa và kháng nhiệt độ cao. Nó thường được sử dụng làm vật liệu chịu lửa có hình dạng và không có hình và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực luyện kim khác nhau, như bếp lò thép và đồ nội thất lò nung.
Với nhu cầu tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ trong ngành công nghiệp sắt và thép và việc luyện thép carbon thấp và thép carbon cực thấp, nghiên cứu và phát triển các viên gạch magnesia carbon ít carbon (nói chung là hàm lượng carbon <8%) với hiệu suất tuyệt vời đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý từ các ngành công nghiệp trong và ngoài nước. Hiện tại, hiệu suất của gạch magnesia-carbon ít carbon thường được cải thiện bằng cách cải thiện cấu trúc carbon ngoại quan, tối ưu hóa cấu trúc ma trận của gạch magnesia-carbon và thêm chất chống oxy hóa hiệu quả cao. Trong số đó, carbon graphitized bao gồm cacbua boron cấp công nghiệp và một phần màu đen carbon graphit hóa được sử dụng. Bột tổng hợp màu đen, được sử dụng làm nguồn carbon và chất chống oxy hóa cho gạch magnesia-carbon carbon thấp, đã đạt được kết quả tốt.
Vì cacbua boron sẽ làm mềm ở một mức độ nhất định ở nhiệt độ cao, nó có thể được gắn vào bề mặt của các hạt vật liệu khác. Ngay cả khi sản phẩm được mật độ, màng oxit B2O3 trên bề mặt có thể tạo thành một sự bảo vệ nhất định và đóng vai trò chống oxy hóa. Đồng thời, vì các tinh thể cột được tạo ra bởi phản ứng được phân phối trong ma trận và các khoảng trống của vật liệu chịu lửa, độ xốp bị giảm, cường độ nhiệt độ trung bình được cải thiện và thể tích của các tinh thể được tạo ra mở rộng, có thể chữa lành sự co rút về thể tích và giảm các vết nứt.
3. Vật liệu chống đạn được sử dụng để tăng cường phòng thủ quốc gia
Do độ cứng cao, cường độ cao, trọng lực riêng nhỏ và mức độ kháng đạn đạo cao, cacbua boron đặc biệt phù hợp với xu hướng của vật liệu chống đạn nhẹ. Nó là vật liệu chống đạn tốt nhất để bảo vệ máy bay, xe cộ, áo giáp và cơ thể con người; Hiện nay,Một số quốc giađã đề xuất nghiên cứu áo giáp chống ballistic Boron carbide chi phí thấp, nhằm mục đích thúc đẩy việc sử dụng quy mô lớn của áo giáp chống ballistic Boron carbide trong ngành công nghiệp quốc phòng.
4. Ứng dụng trong ngành công nghiệp hạt nhân
Boron cacbua có mặt cắt hấp thụ neutron cao và phổ năng lượng neutron rộng, và được quốc tế công nhận là chất hấp thụ neutron tốt nhất cho ngành công nghiệp hạt nhân. Trong số đó, phần nhiệt của đồng vị Boron-10 cao tới 347 × 10-24 cm2, chỉ đứng sau một vài yếu tố như gadolinium, samarium và cadmium, và là một chất hấp thụ neutron nhiệt hiệu quả. Ngoài ra, boron cacbua rất giàu tài nguyên, chống ăn mòn, ổn định nhiệt tốt, không tạo ra các đồng vị phóng xạ và có năng lượng tia thứ cấp thấp, do đó, boron cacbua được sử dụng rộng rãi làm vật liệu điều khiển và vật liệu che chắn trong các phản ứng hạt nhân.
Ví dụ, trong ngành công nghiệp hạt nhân, lò phản ứng làm mát bằng khí nhiệt độ cao sử dụng hệ thống tắt máy hấp thụ boron làm hệ thống tắt thứ hai. Trong trường hợp xảy ra tai nạn, khi hệ thống tắt máy đầu tiên không thành công, hệ thống tắt thứ hai sử dụng một số lượng lớn các viên cacbua boron không rơi vào kênh của lớp phản chiếu của lõi lò phản ứng, v.v. Chức năng chính của lõi cacbua boron trong lò phản ứng làm mát bằng khí nhiệt độ cao là kiểm soát sức mạnh và sự an toàn của lò phản ứng. Gạch carbon được tẩm với vật liệu hấp thụ neutron cacbua boron, có thể làm giảm sự chiếu xạ neutron của bình áp suất lò phản ứng.
Hiện tại, các vật liệu boride cho các lò phản ứng hạt nhân chủ yếu bao gồm các vật liệu sau: cacbua boron (thanh điều khiển, thanh che chắn), axit boric (điều hành, chất làm mát), thép boron (thanh điều khiển và vật liệu lưu trữ cho nhiên liệu hạt nhân và chất thải hạt nhân), boron europium (vật liệu chất độc lõi)