Borkarbid er en sort krystal med metallisk glans, også kendt som sort diamant, der tilhører et uorganisk ikke-metallisk materiale. I dag er alle bekendt med materialet borkarbid, hvilket kan skyldes anvendelsen af skudsikkert pansret, fordi det har den laveste densitet blandt keramiske materialer, har fordelene ved højt elasticitetsmodul og høj hårdhed og kan opnå god udnyttelse af mikrofrakturering til at absorbere projektiler. Effekten af energi, samtidig med at belastningen holdes så lav som muligt. Men faktisk har borkarbid mange andre unikke egenskaber, som kan få det til at spille en vigtig rolle i slibemidler, ildfaste materialer, atomindustri, luftfart og andre områder.
Egenskaber forborkarbid
Med hensyn til fysiske egenskaber er hårdheden af borkarbid kun efter diamant og kubisk bornitrid, og det kan stadig opretholde høj styrke ved høje temperaturer, hvilket kan bruges som et ideelt slidbestandigt materiale ved høje temperaturer; densiteten af borkarbid er meget lille (teoretisk densitet er kun 2,52 g/cm3), lettere end almindelige keramiske materialer og kan bruges inden for luftfartsområdet; borkarbid har en stærk neutronabsorptionsevne, god termisk stabilitet og et smeltepunkt på 2450 °C, så det er også meget anvendt i atomindustrien. Neutronernes neutronabsorptionsevne kan forbedres yderligere ved at tilføje B-elementer; borkarbidmaterialer med specifik morfologi og struktur har også særlige fotoelektriske egenskaber; derudover har borkarbid et højt smeltepunkt, et højt elasticitetsmodul, en lav udvidelseskoefficient og gode egenskaber. Disse fordele gør det til et potentielt anvendelsesmateriale inden for mange områder såsom metallurgi, kemisk industri, maskiner, luftfart og militærindustri. For eksempel korrosionsbestandige og slidbestandige dele, fremstilling af skudsikkert pansring, reaktorkontrolstænger og termoelektriske elementer osv.
Med hensyn til kemiske egenskaber reagerer borcarbid ikke med syrer, baser og de fleste uorganiske forbindelser ved stuetemperatur og reagerer næsten ikke med ilt og halogengasser ved stuetemperatur, og dets kemiske egenskaber er stabile. Derudover aktiveres borcarbidpulver af halogen som et stålboremiddel, og bor infiltreres på overfladen af stålet for at danne en jernboridfilm, hvorved materialets styrke og slidstyrke forbedres, og dets kemiske egenskaber er fremragende.
Vi ved alle, at materialets natur bestemmer anvendelsen, så i hvilke anvendelser har borkarbidpulver enestående ydeevne?Ingeniørerne fra R&D-centret hosUrbanMines Teknologi.Co., Ltd. har lavet følgende opsummering.
Anvendelse afborkarbid
1. Borkarbid bruges som poleringsslibemiddel
Borkarbid anvendes primært som slibemiddel til slibning og polering af safirer. Blandt superhårde materialer er borkarbids hårdhed bedre end aluminiumoxid og siliciumkarbid, kun overgået af diamant og kubisk bornitrid. Safir er det mest ideelle substratmateriale til halvledere GaN/Al2O3 lysdioder (LED'er), store integrerede kredsløb SOI og SOS og superledende nanostrukturfilm. Overfladen skal være meget glat og ultraglat uden grad af skade. På grund af safirkrystallens høje styrke og høje hårdhed (Mohs-hårdhed 9) har det medført store vanskeligheder for forarbejdningsvirksomheder.
Fra et materiale- og slibningsperspektiv er de bedste materialer til bearbejdning og slibning af safirkrystaller syntetisk diamant, borkarbid, siliciumkarbid og siliciumdioxid. Hvis den kunstige diamant har en for høj hårdhed (Mohs-hårdhed 10), vil den ved slibning af safirskiver ridse overfladen, påvirke waferens lysgennemgang og være dyr. Efter slibning af siliciumkarbid er ruheden RA normalt høj, og fladheden er dårlig. Silica har dog ikke tilstrækkelig hårdhed (Mohs-hårdhed 7), og slibekraften er dårlig, hvilket er tidskrævende og arbejdskrævende i slibeprocessen. Derfor er borkarbidslibemiddel (Mohs-hårdhed 9,3) blevet det mest ideelle materiale til bearbejdning og slibning af safirkrystaller og har fremragende ydeevne til dobbeltsidet slibning af safirskiver og bagudtynding og polering af safirbaserede LED-epitaksiale wafere.
Det er værd at nævne, at når borkarbid er over 600 °C, vil overfladen oxideres til en B2O3-film, hvilket vil blødgøre den til en vis grad, så den er ikke egnet til tørslibning ved for høje temperaturer i slibende applikationer, kun egnet til polering af flydende slibning. Denne egenskab forhindrer dog B4C i at oxideres yderligere, hvilket giver den unikke fordele ved anvendelse af ildfaste materialer.
2. Anvendelse i ildfaste materialer
Borkarbid har egenskaber som antioxidation og høj temperaturbestandighed. Det anvendes generelt som avanceret formet og uformet ildfast materiale og er meget udbredt inden for forskellige metallurgiområder, såsom stålovne og ovnsmøbler.
Med behovet for energibesparelser og reduktion af forbrug i jern- og stålindustrien og smeltningen af lavkulstofstål og ultralavkulstofstål har forskning og udvikling af lavkulstofmagnesia-kulstofsten (generelt <8% kulstofindhold) med fremragende ydeevne tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed fra indenlandske og udenlandske industrier. I øjeblikket forbedres ydeevnen af lavkulstofmagnesia-kulstofsten generelt ved at forbedre den bundne kulstofstruktur, optimere matrixstrukturen af magnesia-kulstofsten og tilsætte højeffektive antioxidanter. Blandt disse anvendes grafitiseret kulstof bestående af industriel borkarbid og delvist grafitiseret carbon black. Sort kompositpulver, der anvendes som kulstofkilde og antioxidant til lavkulstofmagnesia-kulstofsten, har opnået gode resultater.
Da borkarbid i en vis grad blødgøres ved høj temperatur, kan det hæfte sig til overfladen af andre materialepartikler. Selv hvis produktet er fortættet, kan B2O3-oxidfilmen på overfladen danne en vis beskyttelse og spille en antioxiderende rolle. Samtidig reduceres porøsiteten, styrken ved mellemtemperatur forbedres, og volumenet af de genererede krystaller udvides, hvilket kan hele volumenkrympning og reducere revner, fordi de søjleformede krystaller, der genereres ved reaktionen, fordeles i matrixen og mellemrummene i det ildfaste materiale.
3. Skudsikre materialer brugt til at forbedre det nationale forsvar
På grund af sin høje hårdhed, høje styrke, lille specifikke tyngdekraft og høje ballistiske modstandsevne er borcarbid især i tråd med trenden med lette skudsikre materialer. Det er det bedste skudsikre materiale til beskyttelse af fly, køretøjer, rustninger og menneskekroppe; i øjeblikket,Nogle landehar foreslået billig forskning i antiballistisk panser af borcarbid med det formål at fremme storstilet brug af antiballistisk panser af borcarbid i forsvarsindustrien.
4. Anvendelse i atomindustrien
Borkarbid har et højt neutronabsorptionstværsnit og et bredt neutronenergispektrum og er internationalt anerkendt som den bedste neutronabsorber til atomindustrien. Blandt dem er den termiske sektion af bor-10-isotopen så høj som 347 × 10-24 cm2, kun overgået af nogle få grundstoffer som gadolinium, samarium og cadmium, og er en effektiv termisk neutronabsorber. Derudover er borkarbid rigt på ressourcer, korrosionsbestandigt, god termisk stabilitet, producerer ikke radioaktive isotoper og har lav sekundærstråleenergi, så borkarbid anvendes i vid udstrækning som kontrolmaterialer og afskærmningsmaterialer i atomreaktorer.
For eksempel bruger højtemperatur-gaskølede reaktorer i atomindustrien et borabsorberende kuglesystem som det andet nedlukningssystem. I tilfælde af en ulykke, når det første nedlukningssystem svigter, bruger det andet nedlukningssystem et stort antal borkarbidpellets, der frit falder ned i kanalen i det reflekterende lag i reaktorkernen osv. for at lukke reaktoren ned og udføre kold nedlukning, hvor den absorberende kugle er en grafitkugle indeholdende borkarbid. Hovedfunktionen af borkarbidkernen i højtemperatur-gaskølede reaktorer er at kontrollere reaktorens effekt og sikkerhed. Kulstofstenen er imprægneret med borkarbid-neutronabsorberende materiale, hvilket kan reducere neutronbestrålingen af reaktortrykbeholderen.
I øjeblikket omfatter boridmaterialer til atomreaktorer hovedsageligt følgende materialer: borcarbid (kontrolstænger, afskærmningsstænger), borsyre (moderator, kølemiddel), borstål (kontrolstænger og opbevaringsmaterialer til nukleart brændsel og nukleart affald), boreuropium (brændbart giftmateriale i kernen) osv.