Карбід бору — гэта чорны крышталь з металічным бляскам, таксама вядомы як чорны алмаз, які адносіцца да неарганічных неметалічных матэрыялаў. У цяперашні час усім вядомы матэрыял з карбіду бору, што можа быць звязана з яго выкарыстаннем у куленепрабівальнай брані, бо ён мае найменшую шчыльнасць сярод керамічных матэрыялаў, мае перавагі высокага модуля пругкасці і высокай цвёрдасці, а таксама можа дасягнуць добрага выкарыстання мікратрэшчынаў для паглынання снарадаў. Эфект энергіі, захоўваючы пры гэтым нагрузку як мага ніжэйшай. Але на самой справе карбід бору мае шмат іншых унікальных уласцівасцей, якія могуць зрабіць яго важным матэрыялам у абразіўных матэрыялах, вогнетрывалых матэрыялах, ядзернай прамысловасці, аэракасмічнай і іншых галінах.
Уласцівасцікарбід бору
Што да фізічных уласцівасцей, то па цвёрдасці карбід бору саступае толькі алмазу і кубічнаму нітрыду бору, і пры гэтым ён можа захоўваць высокую трываласць пры высокіх тэмпературах, што дазваляе яму быць ідэальным высокатэмпературным зносаўстойлівым матэрыялам. Шчыльнасць карбіду бору вельмі малая (тэарэтычная шчыльнасць складае ўсяго 2,52 г/см3), ён лягчэйшы за звычайныя керамічныя матэрыялы і можа выкарыстоўвацца ў аэракасмічнай галіне. Карбід бору мае моцную здольнасць паглынаць нейтроны, добрую тэрмічную стабільнасць і тэмпературу плаўлення 2450°C, таму ён шырока выкарыстоўваецца ў ядзернай прамысловасці. Здольнасць паглынаць нейтроны можна яшчэ больш палепшыць, дадаўшы элементы групы В. Карбід бору мае спецыфічную марфалогію і структуру, а таксама спецыяльныя фотаэлектрычныя ўласцівасці. Акрамя таго, карбід бору мае высокую тэмпературу плаўлення, высокі модуль пругкасці, нізкі каэфіцыент пашырэння і добрыя якасці. Гэтыя перавагі робяць яго патэнцыйным матэрыялам для прымянення ў многіх галінах, такіх як металургія, хімічная прамысловасць, машынабудаванне, аэракасмічная і ваенная прамысловасць. Напрыклад, для вырабу каразійна-ўстойлівых і зносаўстойлівых дэталяў, вырабу куленепрабівальнай броні, стрыжняў кіравання рэактарамі і тэрмаэлектрычных элементаў і г.д.
Што тычыцца хімічных уласцівасцей, карбід бору не рэагуе з кіслотамі, шчолачамі і большасцю неарганічных злучэнняў пры пакаёвай тэмпературы, амаль не рэагуе з кіслародам і галагенавымі газамі пры пакаёвай тэмпературы, і яго хімічныя ўласцівасці стабільныя. Акрамя таго, парашок карбіду бору актывуецца галагенам як агентам боравання сталі, і бор пранікае ў паверхню сталі, утвараючы плёнку борыду жалеза, тым самым павышаючы трываласць і зносаўстойлівасць матэрыялу, і яго хімічныя ўласцівасці выдатныя.
Мы ўсе ведаем, што характар матэрыялу вызначае яго выкарыстанне, таму ў якіх выпадках парашок карбіду бору мае выдатныя характарыстыкі?Інжынеры цэнтра даследаванняў і распрацовакUrbanMines Tech.ТАА зрабіла наступнае рэзюмэ.
Ужываннекарбід бору
1. Карбід бору выкарыстоўваецца ў якасці паліравальнага абразіва
Карбід бору выкарыстоўваецца ў якасці абразіва ў асноўным для шліфоўкі і паліроўкі сапфіра. Сярод звышцвёрдых матэрыялаў цвёрдасць карбіду бору вышэйшая за цвёрдасць аксіду алюмінію і карбіду крэмнію, саступаючы толькі алмазу і кубічнаму нітрыду бору. Сапфір з'яўляецца найбольш ідэальным матэрыялам для падкладкі паўправадніковых святлодыёдаў (LED) GaN/Al2O3, буйных інтэгральных схем SOI і SOS, а таксама звышправодных нанаструктурных плёнак. Гладкасць паверхні вельмі высокая і павінна быць ультрагладкай без ступені пашкоджання. З-за высокай трываласці і высокай цвёрдасці крышталя сапфіра (цвёрдасць па Моосу 9) гэта стварае вялікія цяжкасці для перапрацоўчых прадпрыемстваў.
З пункту гледжання матэрыялаў і шліфавання, найлепшымі матэрыяламі для апрацоўкі і шліфавання крышталяў сапфіра з'яўляюцца сінтэтычны алмаз, карбід бору, карбід крэмнію і дыяксід крэмнію. Штучны алмаз занадта высокая цвёрдасць (цвёрдасць па Моосу 10) пры шліфоўцы сапфіравай пласціны драпае паверхню, уплывае на прапусканне святла пласцінай і мае высокі кошт; пасля рэзкі карбіду крэмнію шурпатасць RA звычайна высокая, а плоскасць нізкая; аднак цвёрдасць крэмнію недастатковая (цвёрдасць па Моосу 7), а сіла шліфавання нізкая, што займае шмат часу і працы ў працэсе шліфавання. Такім чынам, абразіў з карбіду бору (цвёрдасць па Моосу 9,3) стаў найбольш ідэальным матэрыялам для апрацоўкі і шліфавання крышталяў сапфіра і мае выдатныя характарыстыкі пры двухбаковым шліфаванні сапфіравых пласцін, а таксама пры зваротным танчэнні і паліроўцы святлодыёдных эпітаксіяльных пласцін на аснове сапфіра.
Варта адзначыць, што пры тэмпературы карбіду бору вышэй за 600°C паверхня акісляецца ў плёнку B2O3, што пэўнай ступені размякчае яе, таму яна не падыходзіць для сухога шліфавання пры занадта высокай тэмпературы ў абразіўных прымяненнях, а падыходзіць толькі для паліроўкі вадкім шліфам. Аднак гэтая ўласцівасць прадухіляе далейшае акісленне B4C, што дае ёй унікальныя перавагі пры выкарыстанні вогнетрывалых матэрыялаў.
2. Ужыванне ў вогнетрывалых матэрыялах
Карбід бору валодае антыакісляльнымі ўласцівасцямі і ўстойлівасцю да высокіх тэмператур. Ён звычайна выкарыстоўваецца ў якасці перадавых формавых і неформаваных вогнетрывалых матэрыялаў і шырока ўжываецца ў розных галінах металургіі, такіх як сталёвыя печы і мэбля для печаў.
У сувязі з патрэбамі эканоміі энергіі і скарачэння спажывання ў чорнай металургіі, а таксама выплаўкі нізкавугляродзістай і звышнізкавугляродзістай сталі, даследаванні і распрацоўкі нізкавугляродзістай магнезійна-вугляродзістай цэглы (звычайна з утрыманнем вугляроду <8%) з выдатнымі характарыстыкамі прыцягваюць усё большую ўвагу айчынных і замежных вытворцаў. У цяперашні час характарыстыкі нізкавугляродзістай магнезійна-вугляродзістай цэглы ў цэлым паляпшаюцца за кошт паляпшэння структуры звязанага вугляроду, аптымізацыі матрычнай структуры магнезійна-вугляродзістай цэглы і дадання высокаэфектыўных антыаксідантаў. Сярод іх выкарыстоўваецца графітызаваны вуглярод, які складаецца з карбіду бору прамысловага класа і часткова графітызаванай сажы. Чорны кампазітны парашок, які выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы вугляроду і антыаксіданта для нізкавугляродзістай магнезійна-вугляродзістай цэглы, дасягнуў добрых вынікаў.
Паколькі карбід бору пры высокай тэмпературы да пэўнай ступені размякчаецца, ён можа прымацоўвацца да паверхні іншых матэрыяльных часціц. Нават калі прадукт ушчыльняецца, плёнка аксіду B2O3 на паверхні можа ўтвараць пэўную ахоўную функцыю і гуляць антыакісляльную ролю. Адначасова, паколькі слупкападобныя крышталі, якія ўтвараюцца ў выніку рэакцыі, размеркаваны ў матрыцы і прамежках вогнетрывалага матэрыялу, памяншаецца параватасць, паляпшаецца трываласць пры сярэдніх тэмпературах і павялічваецца аб'ём утвораных крышталяў, што можа ліквідаваць аб'ёмнае ўсаджванне і паменшыць расколіны.
3. Куленепрабівальныя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для ўзмацнення нацыянальнай абароны
Дзякуючы высокай цвёрдасці, высокай трываласці, малой удзельнай вазе і высокаму ўзроўню балістычнай устойлівасці, карбід бору асабліва адпавядае тэндэнцыі лёгкіх куленепрабівальных матэрыялаў. Гэта найлепшы куленепрабівальны матэрыял для абароны самалётаў, транспартных сродкаў, бранятэхнікі і цела чалавека; у цяперашні час,Некаторыя краіныпрапанавалі недарагое даследаванне супрацьбалістычнай броні з карбіду бору, накіраванае на садзейнічанне маштабнаму выкарыстанню супрацьбалістычнай броні з карбіду бору ў абароннай прамысловасці.
4. Прымяненне ў атамнай прамысловасці
Карбід бору мае высокі папярочны сячэнне паглынання нейтронаў і шырокі спектр энергіі нейтронаў, і міжнародна прызнаны найлепшым паглынальнікам нейтронаў для ядзернай прамысловасці. Сярод іх цеплавое сячэнне ізатопа бору-10 дасягае 347×10⁻² см², саступаючы толькі некалькім элементам, такім як гадаліній, самарый і кадмій, і з'яўляецца эфектыўным паглынальнікам цеплавых нейтронаў. Акрамя таго, карбід бору багаты рэсурсамі, устойлівы да карозіі, мае добрую тэрмічную стабільнасць, не ўтварае радыеактыўных ізатопаў і мае нізкую энергію другаснага выпраменьвання, таму карбід бору шырока выкарыстоўваецца ў якасці кантрольных матэрыялаў і ахоўных матэрыялаў у ядзерных рэактарах.
Напрыклад, у ядзернай прамысловасці ў высокатэмпературным газаахаладжальным рэактары ў якасці другой сістэмы прыпынку выкарыстоўваецца сістэма прыпынку з выкарыстаннем паглынальнага шарыка з бору. У выпадку аварыі, калі першая сістэма прыпынку выходзіць з ладу, другая сістэма прыпынку выкарыстоўвае вялікую колькасць гранул карбіду бору, якія свабодна падаюць у канал адбівальнай пласціны актыўнай зоны рэактара і г.д., каб спыніць рэактар і ажыццявіць халоднае прыпыненне, прычым паглынальны шар — гэта графітавы шарык, які змяшчае карбід бору. Асноўная функцыя ядра з карбіду бору ў высокатэмпературным газаахаладжальным рэактары заключаецца ў кіраванні магутнасцю і бяспекай рэактара. Вугляродная цэгла прасякнута паглынальным нейтронамі матэрыялам з карбіду бору, які можа паменшыць нейтроннае апраменьванне корпуса рэактара.
У цяперашні час барыдныя матэрыялы для ядзерных рэактараў у асноўным ўключаюць наступныя матэрыялы: карбід бору (кіруючыя стрыжні, ахоўныя стрыжні), борная кіслата (запавольвальнік, цепланосбіт), борная сталь (кіруючыя стрыжні і матэрыялы для захоўвання ядзернага паліва і ядзерных адходаў), бор-еўропій (атрутны матэрыял актыўнай зоны, які выгарае) і г.д.