બોરોન કાર્બાઇડ એ ધાતુની ચમક ધરાવતો કાળો સ્ફટિક છે, જેને કાળા હીરા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે અકાર્બનિક બિન-ધાતુ પદાર્થોનો છે. હાલમાં, દરેક વ્યક્તિ બોરોન કાર્બાઇડની સામગ્રીથી પરિચિત છે, જે બુલેટપ્રૂફ બખ્તરના ઉપયોગને કારણે હોઈ શકે છે, કારણ કે તેમાં સિરામિક સામગ્રીમાં સૌથી ઓછી ઘનતા છે, તેમાં ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને ઉચ્ચ કઠિનતાના ફાયદા છે, અને તે અસ્ત્રોને શોષવા માટે માઇક્રો-ફ્રેક્ચરનો સારો ઉપયોગ પ્રાપ્ત કરી શકે છે. ઊર્જાની અસર, જ્યારે ભાર શક્ય તેટલો ઓછો રાખે છે. પરંતુ હકીકતમાં, બોરોન કાર્બાઇડમાં અન્ય ઘણા અનન્ય ગુણધર્મો છે, જે તેને ઘર્ષક, પ્રત્યાવર્તન સામગ્રી, પરમાણુ ઉદ્યોગ, એરોસ્પેસ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી શકે છે.
ના ગુણધર્મોબોરોન કાર્બાઇડ
ભૌતિક ગુણધર્મોની દ્રષ્ટિએ, બોરોન કાર્બાઇડની કઠિનતા હીરા અને ઘન બોરોન નાઇટ્રાઇડ પછી જ છે, અને તે હજુ પણ ઊંચા તાપમાને ઉચ્ચ શક્તિ જાળવી શકે છે, જેનો ઉપયોગ આદર્શ ઉચ્ચ-તાપમાન વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક સામગ્રી તરીકે થઈ શકે છે; બોરોન કાર્બાઇડની ઘનતા ખૂબ જ ઓછી છે (સૈદ્ધાંતિક ઘનતા ફક્ત 2.52 ગ્રામ/સેમી3 છે), સામાન્ય સિરામિક સામગ્રી કરતાં હળવી છે, અને એરોસ્પેસ ક્ષેત્રમાં તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે; બોરોન કાર્બાઇડમાં મજબૂત ન્યુટ્રોન શોષણ ક્ષમતા, સારી થર્મલ સ્થિરતા અને 2450 ° સે ગલનબિંદુ છે, તેથી તેનો પરમાણુ ઉદ્યોગમાં પણ વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. B તત્વો ઉમેરીને ન્યુટ્રોનની ન્યુટ્રોન શોષણ ક્ષમતાને વધુ સુધારી શકાય છે; ચોક્કસ આકારશાસ્ત્ર અને રચના ધરાવતી બોરોન કાર્બાઇડ સામગ્રીમાં ખાસ ફોટોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો પણ હોય છે; વધુમાં, બોરોન કાર્બાઇડમાં ઉચ્ચ ગલનબિંદુ, ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, નીચા વિસ્તરણ ગુણાંક અને સારા આ ફાયદાઓ તેને ધાતુશાસ્ત્ર, રાસાયણિક ઉદ્યોગ, મશીનરી, એરોસ્પેસ અને લશ્કરી ઉદ્યોગ જેવા ઘણા ક્ષેત્રોમાં સંભવિત એપ્લિકેશન સામગ્રી બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કાટ-પ્રતિરોધક અને ઘસારો-પ્રતિરોધક ભાગો, બુલેટપ્રૂફ બખ્તર બનાવવા, રિએક્ટર નિયંત્રણ સળિયા અને થર્મોઇલેક્ટ્રિક તત્વો, વગેરે.
રાસાયણિક ગુણધર્મોની દ્રષ્ટિએ, બોરોન કાર્બાઇડ ઓરડાના તાપમાને એસિડ, આલ્કલી અને મોટાભાગના અકાર્બનિક સંયોજનો સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી, અને ઓરડાના તાપમાને ઓક્સિજન અને હેલોજન વાયુઓ સાથે ભાગ્યે જ પ્રતિક્રિયા આપે છે, અને તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો સ્થિર છે. વધુમાં, બોરોન કાર્બાઇડ પાવડર હેલોજન દ્વારા સ્ટીલ બોરાઇડિંગ એજન્ટ તરીકે સક્રિય થાય છે, અને બોરોન સ્ટીલની સપાટી પર ઘૂસીને આયર્ન બોરાઇડ ફિલ્મ બનાવે છે, જેનાથી સામગ્રીની મજબૂતાઈ અને વસ્ત્રો પ્રતિકાર વધે છે, અને તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો ઉત્તમ છે.
આપણે બધા જાણીએ છીએ કે સામગ્રીની પ્રકૃતિ ઉપયોગ નક્કી કરે છે, તો બોરોન કાર્બાઇડ પાવડર કયા ઉપયોગમાં ઉત્કૃષ્ટ કામગીરી ધરાવે છે?ના સંશોધન અને વિકાસ કેન્દ્રના ઇજનેરોઅર્બનમાઇન્સ ટેક.કંપની લિમિટેડે નીચે મુજબ સારાંશ આપ્યો.
ની અરજીબોરોન કાર્બાઇડ
૧. બોરોન કાર્બાઇડનો ઉપયોગ પોલિશિંગ ઘર્ષક તરીકે થાય છે
બોરોન કાર્બાઇડનો ઘર્ષક તરીકે ઉપયોગ મુખ્યત્વે નીલમને પીસવા અને પોલિશ કરવા માટે થાય છે. સુપરહાર્ડ સામગ્રીમાં, બોરોન કાર્બાઇડની કઠિનતા એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ અને સિલિકોન કાર્બાઇડ કરતાં વધુ સારી છે, જે હીરા અને ક્યુબિક બોરોન નાઇટ્રાઇડ પછી બીજા ક્રમે છે. સેફાયર એ સેમિકન્ડક્ટર GaN/Al 2 O3 લાઇટ-એમિટિંગ ડાયોડ્સ (LEDs), મોટા પાયે ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ SOI અને SOS અને સુપરકન્ડક્ટિંગ નેનોસ્ટ્રક્ચર ફિલ્મો માટે સૌથી આદર્શ સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી છે. સપાટીની સરળતા ખૂબ ઊંચી છે અને તે અતિ-સરળ હોવી જોઈએ, કોઈ પણ ડિગ્રી નુકસાન નહીં. નીલમ સ્ફટિક (મોહસ કઠિનતા 9) ની ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉચ્ચ કઠિનતાને કારણે, તે પ્રોસેસિંગ સાહસોમાં મોટી મુશ્કેલીઓ લાવી છે.
સામગ્રી અને ગ્રાઇન્ડીંગના દ્રષ્ટિકોણથી, નીલમ સ્ફટિકોને પ્રોસેસ કરવા અને ગ્રાઇન્ડ કરવા માટે શ્રેષ્ઠ સામગ્રી કૃત્રિમ હીરા, બોરોન કાર્બાઇડ, સિલિકોન કાર્બાઇડ અને સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ છે. કૃત્રિમ હીરાની કઠિનતા ખૂબ ઊંચી હોય છે (મોહ્સ કઠિનતા 10) જ્યારે નીલમ વેફરને ગ્રાઇન્ડ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે સપાટીને ખંજવાળશે, વેફરના પ્રકાશ ટ્રાન્સમિટન્સને અસર કરશે, અને કિંમત મોંઘી હોય છે; સિલિકોન કાર્બાઇડ કાપ્યા પછી, ખરબચડી RA સામાન્ય રીતે ઊંચી હોય છે અને સપાટતા નબળી હોય છે; જો કે, સિલિકાની કઠિનતા પૂરતી નથી (મોહ્સ કઠિનતા 7), અને ગ્રાઇન્ડીંગ ફોર્સ નબળી છે, જે ગ્રાઇન્ડીંગ પ્રક્રિયામાં સમય માંગી લેતી અને શ્રમ-સઘન છે. તેથી, બોરોન કાર્બાઇડ ઘર્ષક (મોહ્સ કઠિનતા 9.3) નીલમ સ્ફટિકોને પ્રોસેસ કરવા અને ગ્રાઇન્ડ કરવા માટે સૌથી આદર્શ સામગ્રી બની ગઈ છે, અને નીલમ વેફરના ડબલ-સાઇડ ગ્રાઇન્ડીંગ અને નીલમ-આધારિત LED એપિટેક્સિયલ વેફરના બેક થિનિંગ અને પોલિશિંગમાં ઉત્તમ પ્રદર્શન ધરાવે છે.
ઉલ્લેખનીય છે કે જ્યારે બોરોન કાર્બાઇડ 600 °C થી ઉપર હોય છે, ત્યારે સપાટી B2O3 ફિલ્મમાં ઓક્સિડાઇઝ થશે, જે તેને ચોક્કસ હદ સુધી નરમ બનાવશે, તેથી તે ઘર્ષક એપ્લિકેશનોમાં ખૂબ ઊંચા તાપમાને સૂકા પીસવા માટે યોગ્ય નથી, ફક્ત પ્રવાહી પીસવા માટે પોલિશ કરવા માટે યોગ્ય છે. જો કે, આ ગુણધર્મ B4C ને વધુ ઓક્સિડાઇઝ થવાથી અટકાવે છે, જેના કારણે તેને પ્રત્યાવર્તન સામગ્રીના ઉપયોગ માટે અનન્ય ફાયદા છે.
2. પ્રત્યાવર્તન સામગ્રીમાં ઉપયોગ
બોરોન કાર્બાઇડમાં એન્ટી-ઓક્સિડેશન અને ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકારની લાક્ષણિકતાઓ છે. તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે અદ્યતન આકારના અને આકાર વગરના પ્રત્યાવર્તન સામગ્રી તરીકે થાય છે અને સ્ટીલના ચૂલા અને ભઠ્ઠાના ફર્નિચર જેવા ધાતુશાસ્ત્રના વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
લોખંડ અને સ્ટીલ ઉદ્યોગમાં ઊર્જા બચત અને વપરાશમાં ઘટાડો અને ઓછા કાર્બન સ્ટીલ અને અલ્ટ્રા-લો કાર્બન સ્ટીલના ગંધની જરૂરિયાતો સાથે, ઉત્તમ કામગીરી સાથે ઓછી કાર્બન મેગ્નેશિયા-કાર્બન ઇંટો (સામાન્ય રીતે <8% કાર્બન સામગ્રી) ના સંશોધન અને વિકાસે સ્થાનિક અને વિદેશી ઉદ્યોગોનું વધુને વધુ ધ્યાન ખેંચ્યું છે. હાલમાં, ઓછી કાર્બન મેગ્નેશિયા-કાર્બન ઇંટોનું પ્રદર્શન સામાન્ય રીતે બોન્ડેડ કાર્બન માળખું સુધારીને, મેગ્નેશિયા-કાર્બન ઇંટોના મેટ્રિક્સ માળખાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને અને ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા એન્ટીઑકિસડન્ટ ઉમેરીને સુધારેલ છે. તેમાંથી, ઔદ્યોગિક-ગ્રેડ બોરોન કાર્બાઇડ અને આંશિક રીતે ગ્રાફિટાઇઝ્ડ કાર્બન બ્લેકથી બનેલા ગ્રાફિટાઇઝ્ડ કાર્બનનો ઉપયોગ થાય છે. ઓછા કાર્બન મેગ્નેશિયા-કાર્બન ઇંટો માટે કાર્બન સ્ત્રોત અને એન્ટીઑકિસડન્ટ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા કાળા સંયુક્ત પાવડરે સારા પરિણામો પ્રાપ્ત કર્યા છે.
બોરોન કાર્બાઇડ ઊંચા તાપમાને ચોક્કસ હદ સુધી નરમ થઈ જાય છે, તેથી તેને અન્ય સામગ્રીના કણોની સપાટી સાથે જોડી શકાય છે. જો ઉત્પાદન ઘન હોય તો પણ, સપાટી પરની B2O3 ઓક્સાઇડ ફિલ્મ ચોક્કસ રક્ષણ બનાવી શકે છે અને ઓક્સિડેશન વિરોધી ભૂમિકા ભજવી શકે છે. તે જ સમયે, પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થતા સ્તંભાકાર સ્ફટિકો પ્રત્યાવર્તન સામગ્રીના મેટ્રિક્સ અને ગાબડામાં વિતરિત થાય છે, તેથી છિદ્રાળુતા ઓછી થાય છે, મધ્યમ તાપમાનની શક્તિમાં સુધારો થાય છે, અને ઉત્પન્ન થયેલા સ્ફટિકોનું કદ વિસ્તરે છે, જે વોલ્યુમ સંકોચનને મટાડી શકે છે અને તિરાડો ઘટાડી શકે છે.
૩. રાષ્ટ્રીય સંરક્ષણ વધારવા માટે વપરાતી બુલેટપ્રૂફ સામગ્રી
તેની ઉચ્ચ કઠિનતા, ઉચ્ચ શક્તિ, નાના ચોક્કસ ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઉચ્ચ સ્તરના બેલિસ્ટિક પ્રતિકારને કારણે, બોરોન કાર્બાઇડ ખાસ કરીને હળવા વજનના બુલેટપ્રૂફ સામગ્રીના વલણ સાથે સુસંગત છે. તે વિમાન, વાહનો, બખ્તર અને માનવ શરીરના રક્ષણ માટે શ્રેષ્ઠ બુલેટપ્રૂફ સામગ્રી છે; હાલમાં,કેટલાક દેશોસંરક્ષણ ઉદ્યોગમાં બોરોન કાર્બાઇડ એન્ટિ-બેલિસ્ટિક બખ્તરના મોટા પાયે ઉપયોગને પ્રોત્સાહન આપવાના હેતુથી ઓછા ખર્ચે બોરોન કાર્બાઇડ એન્ટિ-બેલિસ્ટિક બખ્તર સંશોધનનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો છે.
૪. પરમાણુ ઉદ્યોગમાં ઉપયોગ
બોરોન કાર્બાઇડમાં ઉચ્ચ ન્યુટ્રોન શોષણ ક્રોસ-સેક્શન અને વિશાળ ન્યુટ્રોન ઉર્જા સ્પેક્ટ્રમ છે, અને તે આંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરે પરમાણુ ઉદ્યોગ માટે શ્રેષ્ઠ ન્યુટ્રોન શોષક તરીકે ઓળખાય છે. તેમાંથી, બોરોન-10 આઇસોટોપનો થર્મલ સેક્શન 347×10-24 cm2 જેટલો ઊંચો છે, જે ગેડોલિનિયમ, સમેરિયમ અને કેડમિયમ જેવા કેટલાક તત્વો પછી બીજા ક્રમે છે, અને તે એક કાર્યક્ષમ થર્મલ ન્યુટ્રોન શોષક છે. વધુમાં, બોરોન કાર્બાઇડ સંસાધનોથી સમૃદ્ધ છે, કાટ-પ્રતિરોધક છે, સારી થર્મલ સ્થિરતા ધરાવે છે, કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ ઉત્પન્ન કરતું નથી, અને ઓછી ગૌણ કિરણ ઉર્જા ધરાવે છે, તેથી બોરોન કાર્બાઇડનો ઉપયોગ પરમાણુ રિએક્ટરમાં નિયંત્રણ સામગ્રી અને રક્ષણ સામગ્રી તરીકે વ્યાપકપણે થાય છે.
ઉદાહરણ તરીકે, પરમાણુ ઉદ્યોગમાં, ઉચ્ચ-તાપમાન ગેસ-કૂલ્ડ રિએક્ટર બોરોન શોષક બોલ શટડાઉન સિસ્ટમનો ઉપયોગ બીજી શટડાઉન સિસ્ટમ તરીકે કરે છે. અકસ્માતના કિસ્સામાં, જ્યારે પ્રથમ શટડાઉન સિસ્ટમ નિષ્ફળ જાય છે, ત્યારે બીજી શટડાઉન સિસ્ટમ રિએક્ટર કોરના પ્રતિબિંબીત સ્તરની ચેનલમાં મોટી સંખ્યામાં બોરોન કાર્બાઇડ પેલેટ્સનો ઉપયોગ કરે છે, વગેરે, રિએક્ટરને બંધ કરવા અને કોલ્ડ શટડાઉનને સાકાર કરવા માટે, જેમાં શોષક બોલ બોરોન કાર્બાઇડ ધરાવતો ગ્રેફાઇટ બોલ હોય છે. ઉચ્ચ તાપમાન ગેસ-કૂલ્ડ રિએક્ટરમાં બોરોન કાર્બાઇડ કોરનું મુખ્ય કાર્ય રિએક્ટરની શક્તિ અને સલામતીને નિયંત્રિત કરવાનું છે. કાર્બન ઈંટ બોરોન કાર્બાઇડ ન્યુટ્રોન શોષક સામગ્રીથી ગર્ભિત છે, જે રિએક્ટર દબાણ જહાજના ન્યુટ્રોન ઇરેડિયેશનને ઘટાડી શકે છે.
હાલમાં, પરમાણુ રિએક્ટર માટે બોરાઇડ સામગ્રીમાં મુખ્યત્વે નીચેની સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે: બોરોન કાર્બાઇડ (કંટ્રોલ સળિયા, શિલ્ડિંગ સળિયા), બોરિક એસિડ (મધ્યસ્થ, શીતક), બોરોન સ્ટીલ (કંટ્રોલ સળિયા અને પરમાણુ ઇંધણ અને પરમાણુ કચરા માટે સંગ્રહ સામગ્રી), બોરોન યુરોપિયમ (કોર બર્નેબલ ઝેર સામગ્રી), વગેરે.