El carbur de bor és un cristall negre amb brillantor metàl·lica, també conegut com a diamant negre, que pertany als materials inorgànics no metàl·lics. Actualment, tothom coneix el material del carbur de bor, que pot ser degut a l'aplicació d'armadura a prova de bales, ja que té la densitat més baixa entre els materials ceràmics, té els avantatges d'un mòdul elàstic elevat i una duresa elevada, i pot aconseguir un bon ús de la microfractura per absorbir projectils. L'efecte de l'energia, mantenint la càrrega el més baixa possible. Però, de fet, el carbur de bor té moltes altres propietats úniques, que poden fer que tingui un paper important en abrasius, materials refractaris, indústria nuclear, aeroespacial i altres camps.
Propietats decarbur de bor
Pel que fa a les propietats físiques, la duresa del carbur de bor és només superior a la del diamant i el nitrur de bor cúbic, i encara pot mantenir una alta resistència a altes temperatures, cosa que el fa un material ideal resistent al desgast a altes temperatures; la densitat del carbur de bor és molt petita (la densitat teòrica és de només 2,52 g/cm3), més lleugera que els materials ceràmics ordinaris i es pot utilitzar en el camp aeroespacial; el carbur de bor té una forta capacitat d'absorció de neutrons, una bona estabilitat tèrmica i un punt de fusió de 2450 °C, per la qual cosa també s'utilitza àmpliament en la indústria nuclear. La capacitat d'absorció de neutrons del neutró es pot millorar encara més afegint elements B; els materials de carbur de bor amb una morfologia i estructura específiques també tenen propietats fotoelèctriques especials; a més, el carbur de bor té un punt de fusió alt, un mòdul elàstic alt, un coeficient d'expansió baix i un bon... Aquests avantatges el converteixen en un material d'aplicació potencial en molts camps com la metal·lúrgia, la indústria química, la maquinària, la indústria aeroespacial i la indústria militar. Per exemple, peces resistents a la corrosió i al desgast, fabricació d'armadura a prova de bales, barres de control de reactors i elements termoelèctrics, etc.
Pel que fa a les propietats químiques, el carbur de bor no reacciona amb àcids, àlcalis i la majoria de compostos inorgànics a temperatura ambient, i gairebé no reacciona amb oxigen i gasos halògens a temperatura ambient, i les seves propietats químiques són estables. A més, la pols de carbur de bor s'activa amb halogen com a agent de boruració de l'acer, i el bor s'infiltra a la superfície de l'acer per formar una pel·lícula de borur de ferro, millorant així la resistència i la resistència al desgast del material, i les seves propietats químiques són excel·lents.
Tots sabem que la naturalesa del material determina l'ús, així que en quines aplicacions la pols de carbur de bor té un rendiment excepcional?Els enginyers del centre d'R+D deTecnologia UrbanMinesCo., Ltd. va fer el següent resum.
Aplicació decarbur de bor
1. El carbur de bor s'utilitza com a abrasiu de poliment
L'aplicació del carbur de bor com a abrasiu s'utilitza principalment per a la mòlta i el poliment de safir. Entre els materials superdurs, la duresa del carbur de bor és millor que la de l'òxid d'alumini i el carbur de silici, només superada pel diamant i el nitrur de bor cúbic. El safir és el material de substrat més ideal per a díodes emissors de llum (LED) semiconductors GaN/Al2O3, circuits integrats a gran escala SOI i SOS i pel·lícules de nanoestructura superconductora. La suavitat de la superfície és molt alta i ha de ser ultrasuau sense cap grau de dany. A causa de l'alta resistència i l'alta duresa del cristall de safir (duresa Mohs 9), ha comportat grans dificultats a les empreses de processament.
Des de la perspectiva dels materials i la mòlta, els millors materials per al processament i la mòlta de cristalls de safir són el diamant sintètic, el carbur de bor, el carbur de silici i el diòxid de silici. La duresa del diamant artificial és massa alta (duresa Mohs 10); en mòlta la oblia de safir, es ratllarà la superfície, afectarà la transmitància de la llum de l'oblia i el preu és car; després de tallar el carbur de silici, la rugositat RA sol ser alta i la planitud és deficient; Tanmateix, la duresa de la sílice no és suficient (duresa Mohs 7) i la força de mòlta és deficient, cosa que requereix molt de temps i mà d'obra en el procés de mòlta. Per tant, l'abrasiu de carbur de bor (duresa Mohs 9.3) s'ha convertit en el material més ideal per al processament i la mòlta de cristalls de safir, i té un rendiment excel·lent en la mòlta a doble cara d'oblies de safir i l'aprimament i poliment posterior d'oblies epitaxials LED basades en safir.
Val a dir que quan el carbur de bor està per sobre dels 600 °C, la superfície s'oxidarà en una pel·lícula de B2O3, que l'estovarà fins a cert punt, per la qual cosa no és adequat per a la mòlta en sec a temperatures massa altes en aplicacions abrasives, només és adequat per al poliment de mòlta líquida. Tanmateix, aquesta propietat impedeix que el B4C s'oxidi encara més, cosa que li dóna avantatges únics en l'aplicació de materials refractaris.
2. Aplicació en materials refractaris
El carbur de bor té característiques d'antioxidació i resistència a altes temperatures. Generalment s'utilitza com a materials refractaris amb forma i sense forma avançats i s'utilitza àmpliament en diversos camps de la metal·lúrgia, com ara estufes d'acer i mobles de forn.
Amb les necessitats d'estalvi d'energia i reducció del consum en la indústria siderúrgica i la fosa d'acer baix en carboni i acer ultrabaix en carboni, la investigació i el desenvolupament de maons de magnesi-carboni baixos en carboni (generalment <8% de contingut de carboni) amb un rendiment excel·lent ha atret cada cop més l'atenció de les indústries nacionals i estrangeres. Actualment, el rendiment dels maons de magnesi-carboni baixos en carboni es millora generalment millorant l'estructura de carboni enllaçat, optimitzant l'estructura matricial dels maons de magnesi-carboni i afegint antioxidants d'alta eficiència. Entre ells, s'utilitza carboni grafititzat compost de carbur de bor de grau industrial i negre de carboni parcialment grafititzat. La pols composta negra, utilitzada com a font de carboni i antioxidant per a maons de magnesi-carboni baixos en carboni, ha aconseguit bons resultats.
Com que el carbur de bor s'estova fins a cert punt a altes temperatures, es pot adherir a la superfície d'altres partícules de material. Fins i tot si el producte es densifica, la pel·lícula d'òxid B2O3 a la superfície pot formar una certa protecció i tenir un paper antioxidant. Al mateix temps, com que els cristalls columnars generats per la reacció es distribueixen a la matriu i als espais del material refractari, la porositat es redueix, la resistència a la temperatura mitjana millora i el volum dels cristalls generats s'expandeix, cosa que pot curar la contracció del volum i reduir les esquerdes.
3. Materials a prova de bales utilitzats per millorar la defensa nacional
A causa de la seva alta duresa, alta resistència, baixa gravetat específica i alt nivell de resistència balística, el carbur de bor està especialment en línia amb la tendència dels materials lleugers a prova de bales. És el millor material a prova de bales per a la protecció d'aeronaus, vehicles, blindatges i cossos humans; actualment,Alguns païsoshan proposat una investigació sobre blindatges antibalístics de carbur de bor de baix cost, amb l'objectiu de promoure l'ús a gran escala de blindatges antibalístics de carbur de bor en la indústria de la defensa.
4. Aplicació a la indústria nuclear
El carbur de bor té una secció transversal d'absorció de neutrons elevada i un ampli espectre d'energia de neutrons, i és reconegut internacionalment com el millor absorbent de neutrons per a la indústria nuclear. Entre ells, la secció tèrmica de l'isòtop de bor-10 arriba als 347 × 10-24 cm2, només superada per uns quants elements com el gadolini, el samari i el cadmi, i és un absorbent tèrmic de neutrons eficient. A més, el carbur de bor és ric en recursos, resistent a la corrosió, té una bona estabilitat tèrmica, no produeix isòtops radioactius i té una baixa energia de raigs secundaris, per la qual cosa el carbur de bor s'utilitza àmpliament com a materials de control i materials de blindatge en reactors nuclears.
Per exemple, en la indústria nuclear, el reactor refrigerat per gas d'alta temperatura utilitza un sistema de tancament de boles absorbents de bor com a segon sistema de tancament. En cas d'accident, quan falla el primer sistema de tancament, el segon sistema de tancament utilitza un gran nombre de grànuls de carbur de bor que cauen lliurement al canal de la capa reflectant del nucli del reactor, etc., per tancar el reactor i realitzar una tancament en fred, en què la bola absorbent és una bola de grafit que conté carbur de bor. La funció principal del nucli de carbur de bor en el reactor refrigerat per gas d'alta temperatura és controlar la potència i la seguretat del reactor. El maó de carboni està impregnat amb material absorbent de neutrons de carbur de bor, que pot reduir la irradiació de neutrons del recipient a pressió del reactor.
Actualment, els materials de borur per a reactors nuclears inclouen principalment els següents materials: carbur de bor (varetes de control, varetes de blindatge), àcid bòric (moderador, refrigerant), acer al bor (varetes de control i materials d'emmagatzematge de combustible nuclear i residus nuclears), bor europi (material verinós combustible del nucli), etc.