Боровият карбид е черен кристал с метален блясък, известен още като черен диамант, който принадлежи към неорганичните неметални материали. В момента всеки е запознат с материала боров карбид, което може да се дължи на използването му в бронепробивните материали, тъй като има най-ниската плътност сред керамичните материали, предимствата на висок модул на еластичност и висока твърдост, и може да постигне добро използване на микрофрактури за абсорбиране на снаряди. Ефектът от енергията се поддържа възможно най-ниско натоварване. Но всъщност боровият карбид има много други уникални свойства, които могат да го направят важен за употреба в абразиви, огнеупорни материали, ядрена промишленост, аерокосмическа индустрия и други области.
Свойства наборов карбид
По отношение на физичните свойства, боровият карбид е по твърдост само след диаманта и кубичния боров нитрид и може да поддържа висока якост при високи температури, което го прави идеален материал, устойчив на износване при високи температури. Плътността на боровия карбид е много малка (теоретичната плътност е само 2,52 g/cm3), по-лек е от обикновените керамични материали и може да се използва в аерокосмическата област. Боровият карбид има силна способност за абсорбиране на неутрони, добра термична стабилност и точка на топене 2450°C, така че се използва широко и в ядрената промишленост. Способността за абсорбиране на неутрони може да се подобри допълнително чрез добавяне на B елементи. Боровите карбидни материали със специфична морфология и структура също имат специални фотоелектрични свойства. Освен това, боровият карбид има висока точка на топене, висок модул на еластичност, нисък коефициент на разширение и добри качества. Тези предимства го правят потенциален материал за приложение в много области, като металургията, химическата промишленост, машиностроенето, аерокосмическата и военната промишленост. Например, за устойчиви на корозия и износване части, за изработка на броня, контролни пръти на реактори и термоелектрични елементи и др.
По отношение на химичните свойства, борният карбид не реагира с киселини, основи и повечето неорганични съединения при стайна температура и почти не реагира с кислород и халогенни газове при стайна температура, като химичните му свойства са стабилни. Освен това, прахът от борен карбид се активира от халоген като бориращ агент за стомана и борът се инфилтрира върху повърхността на стоманата, за да образува филм от железен борид, като по този начин повишава якостта и износоустойчивостта на материала, а химичните му свойства са отлични.
Всички знаем, че естеството на материала определя употребата му, така че в кои приложения боровият карбид на прах има изключителни характеристики?Инженерите от центъра за научноизследователска и развойна дейност наUrbanMines Tech.Co., Ltd. направи следното обобщение.
Приложение наборов карбид
1. Боровият карбид се използва като полиращ абразив
Боровият карбид се използва главно за шлайфане и полиране на сапфир. Сред свръхтвърдите материали, твърдостта на боровия карбид е по-добра от тази на алуминиевия оксид и силициевия карбид, на второ място след диаманта и кубичния боров нитрид. Сапфирът е най-идеалният субстратен материал за полупроводникови светодиоди (LED) GaN/Al2O3, големи интегрални схеми SOI и SOS и свръхпроводящи наноструктурирани филми. Гладкостта на повърхността е много висока и трябва да бъде ултрагладка, без степен на увреждане. Поради високата якост и високата твърдост на сапфирения кристал (твърдост по Моос 9), той създава големи трудности за преработвателните предприятия.
От гледна точка на материалите и шлифоването, най-добрите материали за обработка и шлифоване на сапфирени кристали са синтетичен диамант, боров карбид, силициев карбид и силициев диоксид. Твърдостта на изкуствения диамант е твърде висока (твърдост по Моос 10), което при шлифоване на сапфирената пластина води до надраскване на повърхността, което влияе на светопропускливостта на пластината и цената е висока; след рязане на силициев карбид, грапавостта RA обикновено е висока, а плоскостта е лоша; обаче, твърдостта на силициевия диоксид не е достатъчна (твърдост по Моос 7), а силата на шлифоване е лоша, което отнема време и труд. Следователно, боров карбидният абразив (твърдост по Моос 9.3) се е превърнал в най-идеалния материал за обработка и шлифоване на сапфирени кристали и има отлични характеристики при двустранно шлифоване на сапфирени пластини и обратно изтъняване и полиране на сапфирени епитаксиални пластини с LED диоксид.
Заслужава да се отбележи, че когато температурата на боровия карбид е над 600°C, повърхността му се окислява до филм B2O3, което го омекотява до известна степен, така че не е подходящ за сухо шлайфане при твърде висока температура в абразивни приложения, а само за полиране с течно шлайфане. Това свойство обаче предотвратява по-нататъшното окисляване на B4C, което му дава уникални предимства при прилагането на огнеупорни материали.
2. Приложение в огнеупорни материали
Боровият карбид има характеристиките на антиокислителна и температурна устойчивост. Обикновено се използва като усъвършенстван огнеупорен материал, както с форма, така и без форма, и е широко използван в различни области на металургията, като например стоманени печки и мебели за пещи.
С оглед на нуждите от пестене на енергия и намаляване на потреблението в черната металургия и стоманодобивната промишленост, както и на топенето на нисковъглеродна и ултранисковъглеродна стомана, изследванията и разработването на нисковъглеродни магнезиево-въглеродни тухли (обикновено <8% съдържание на въглерод) с отлични характеристики привличат все повече внимание от местните и чуждестранните индустрии. В момента характеристиките на нисковъглеродните магнезиево-въглеродни тухли обикновено се подобряват чрез подобряване на структурата на свързания въглерод, оптимизиране на матричната структура на магнезиево-въглеродните тухли и добавяне на високоефективни антиоксиданти. Сред тях се използва графитизиран въглерод, съставен от боров карбид с индустриално качество и частично графитизирани сажди. Черният композитен прах, използван като източник на въглерод и антиоксидант за нисковъглеродни магнезиево-въглеродни тухли, е постигнал добри резултати.
Тъй като борният карбид ще омекне до известна степен при висока температура, той може да се прикрепи към повърхността на други материални частици. Дори ако продуктът е уплътнен, филмът от оксид B2O3 върху повърхността може да образува определена защита и да играе антиокислителна роля. В същото време, тъй като колоновидните кристали, генерирани от реакцията, са разпределени в матрицата и празнините на огнеупорния материал, порьозността се намалява, якостта при средна температура се подобрява и обемът на генерираните кристали се разширява, което може да заздрави свиването на обема и да намали пукнатините.
3. Бронеустойчиви материали, използвани за подобряване на националната отбрана
Поради високата си твърдост, висока якост, малко специфично тегло и високо ниво на балистична устойчивост, борният карбид е особено в съответствие с тенденцията за леки бронирани материали. Той е най-добрият брониран материал за защита на самолети, превозни средства, броня и човешки тела; в момента,Някои страниса предложили нискобюджетни изследвания за антибалистична броня от боров карбид, целящи да насърчат мащабното използване на антибалистична броня от боров карбид в отбранителната промишленост.
4. Приложение в ядрената индустрия
Боровият карбид има високо напречно сечение на неутронно поглъщане и широк енергиен спектър на неутроните и е международно признат за най-добрия абсорбатор на неутрони за ядрената индустрия. Сред тях, термичното сечение на изотопа бор-10 е високо до 347×10⁻² cm², второ по големина след няколко елемента като гадолиний, самарий и кадмий, и е ефективен абсорбатор на топлинни неутрони. Освен това, боровият карбид е богат на ресурси, устойчив на корозия, има добра термична стабилност, не произвежда радиоактивни изотопи и има ниска енергия на вторичните лъчи, така че боровият карбид се използва широко като контролен материал и екраниращ материал в ядрените реактори.
Например, в ядрената индустрия, високотемпературният газоохлаждаем реактор използва система за спиране с абсорбираща борна сфера като втора система за спиране. В случай на авария, когато първата система за спиране се повреди, втората система за спиране използва голям брой гранули от боров карбид, които падат свободно в канала на отразяващия слой на активната зона на реактора и др., за да спре реактора и да осъществи студено спиране, като абсорбиращата сфера е графитна сфера, съдържаща боров карбид. Основната функция на сърцевината от боров карбид във високотемпературния газоохлаждаем реактор е да контролира мощността и безопасността на реактора. Въглеродната тухла е импрегнирана с абсорбиращ неутрони материал от боров карбид, което може да намали неутронното облъчване на корпуса на реактора под налягане.
В момента боридните материали за ядрени реактори включват главно следните материали: боров карбид (контролни пръти, защитни пръти), борна киселина (замедлител, охлаждаща течност), борова стомана (контролни пръти и материали за съхранение на ядрено гориво и ядрени отпадъци), боров европий (горим отровен материал за активната зона) и др.