Bora karbīds ir melns kristāls ar metālisku spīdumu, pazīstams arī kā melnais dimants, kas pieder pie neorganiskiem nemetāliskiem materiāliem. Pašlaik visi ir pazīstami ar bora karbīda materiālu, kas, iespējams, ir saistīts ar ložu necaurlaidīgu bruņu izmantošanu, jo tam ir viszemākais blīvums starp keramikas materiāliem, tam ir augsta elastības moduļa un augstas cietības priekšrocības, un tas var panākt labu mikroplaisu izmantošanu šāviņu absorbēšanai. Enerģijas efekts, vienlaikus saglabājot pēc iespējas zemāku slodzi. Bet patiesībā bora karbīdam ir daudzas citas unikālas īpašības, kas var padarīt to svarīgu abrazīvos materiālos, ugunsizturīgos materiālos, kodolrūpniecībā, kosmosa un citās jomās.
Īpašībasbora karbīds
Runājot par fizikālajām īpašībām, bora karbīda cietība ir tikai pēc dimanta un kubiskā bora nitrīda, un tas joprojām var saglabāt augstu izturību augstās temperatūrās, tāpēc to var izmantot kā ideālu augstas temperatūras nodilumizturīgu materiālu; bora karbīda blīvums ir ļoti mazs (teorētiskais blīvums ir tikai 2,52 g/cm3), tas ir vieglāks par parastajiem keramikas materiāliem un to var izmantot kosmosa jomā; bora karbīdam ir spēcīga neitronu absorbcijas spēja, laba termiskā stabilitāte un kušanas temperatūra 2450 °C, tāpēc to plaši izmanto arī kodolrūpniecībā. Neitronu absorbcijas spēju var vēl vairāk uzlabot, pievienojot B elementus; bora karbīda materiāliem ar specifisku morfoloģiju un struktūru ir arī īpašas fotoelektriskās īpašības; turklāt bora karbīdam ir augsta kušanas temperatūra, augsts elastības modulis, zems izplešanās koeficients un labas šīs priekšrocības padara to par potenciālu pielietojumu daudzās jomās, piemēram, metalurģijā, ķīmiskajā rūpniecībā, mašīnbūvē, kosmosa un militārajā rūpniecībā. Piemēram, korozijizturīgu un nodilumizturīgu detaļu ražošanā, ložu necaurlaidīgu bruņu, reaktoru vadības stieņu un termoelektrisko elementu ražošanā utt.
Runājot par ķīmiskajām īpašībām, bora karbīds istabas temperatūrā nereaģē ar skābēm, sārmiem un lielāko daļu neorganisko savienojumu, istabas temperatūrā gandrīz nereaģē ar skābekli un halogēna gāzēm, un tā ķīmiskās īpašības ir stabilas. Turklāt bora karbīda pulveris tiek aktivizēts ar halogēnu kā tērauda boridēšanas līdzeklis, un bors infiltrējas uz tērauda virsmas, veidojot dzelzs borīda plēvi, tādējādi uzlabojot materiāla izturību un nodilumizturību, un tā ķīmiskās īpašības ir lieliskas.
Mēs visi zinām, ka materiāla raksturs nosaka tā pielietojumu, tāpēc kādos pielietojumos bora karbīda pulverim ir izcilas īpašības?Pētniecības un attīstības centra inženieriUrbanMines Tehnoloģija.Co., Ltd. sagatavoja šādu kopsavilkumu.
Piemērošanabora karbīds
1. Bora karbīdu izmanto kā pulēšanas abrazīvu
Bora karbīda kā abrazīva pielietojuma galvenokārt izmanto safīra slīpēšanai un pulēšanai. Starp īpaši cietajiem materiāliem bora karbīda cietība ir labāka nekā alumīnija oksīdam un silīcija karbīdam, otrajā vietā aiz dimanta un kubiskā bora nitrīda. Safīrs ir vispiemērotākais substrāta materiāls pusvadītāju GaN/Al2O3 gaismas diodēm (LED), liela mēroga integrālajām shēmām SOI un SOS, kā arī supravadošām nanostruktūru plēvēm. Virsmas gludums ir ļoti augsts un tai jābūt īpaši gludai, bez bojājumu pakāpes. Safīra kristāla augstās izturības un cietības dēļ (Mohsa cietība 9) tas ir radījis lielas grūtības pārstrādes uzņēmumiem.
No materiālu un slīpēšanas viedokļa labākie materiāli safīra kristālu apstrādei un slīpēšanai ir sintētiskais dimants, bora karbīds, silīcija karbīds un silīcija dioksīds. Mākslīgā dimanta cietība ir pārāk augsta (Mohs cietība 10), un, slīpējot safīra plāksni, tā saskrāpēs virsmu, ietekmēs plāksnītes gaismas caurlaidību, un cena ir augsta; pēc silīcija karbīda griešanas raupjums RA parasti ir augsts un plakanums ir slikts; tomēr silīcija dioksīda cietība nav pietiekama (Mohs cietība 7), un slīpēšanas spēks ir slikts, kas slīpēšanas procesā ir laikietilpīgs un darbietilpīgs. Tāpēc bora karbīda abrazīvs (Mohs cietība 9,3) ir kļuvis par visideālāko materiālu safīra kristālu apstrādei un slīpēšanai, un tam ir lieliska veiktspēja safīra plāksnīšu divpusējā slīpēšanā un safīra bāzes LED epitaksiālo plākšņu retināšanā un pulēšanā.
Jāatzīmē, ka bora karbīda temperatūrai pārsniedzot 600 °C, tā virsma oksidējas, veidojot B2O3 plēvi, kas to zināmā mērā mīkstina, tāpēc tas nav piemērots sausai slīpēšanai pārāk augstā temperatūrā abrazīvos pielietojumos, bet gan tikai pulēšanai ar šķidru slīpēšanu. Tomēr šī īpašība novērš B4C tālāku oksidēšanos, radot unikālas priekšrocības ugunsizturīgu materiālu pielietošanā.
2. Pielietojums ugunsizturīgos materiālos
Bora karbīdam piemīt antioksidācijas un augstas temperatūras izturības īpašības. To parasti izmanto kā modernus formas un neformētus ugunsizturīgus materiālus, un to plaši izmanto dažādās metalurģijas jomās, piemēram, tērauda krāsnīs un krāsns mēbelēs.
Ņemot vērā enerģijas taupīšanas un patēriņa samazināšanas vajadzības dzelzs un tērauda rūpniecībā, kā arī zema oglekļa satura tērauda un īpaši zema oglekļa satura tērauda kausēšanā, zema oglekļa satura magnija-oglekļa ķieģeļu (parasti <8% oglekļa saturs) ar izcilām īpašībām izpēte un izstrāde ir piesaistījusi arvien lielāku uzmanību gan vietējās, gan ārvalstu rūpniecībā. Pašlaik zema oglekļa satura magnija-oglekļa ķieģeļu veiktspēju parasti uzlabo, uzlabojot saistīto oglekļa struktūru, optimizējot magnija-oglekļa ķieģeļu matricas struktūru un pievienojot augstas efektivitātes antioksidantus. Starp tiem tiek izmantota grafitizēta ogle, kas sastāv no rūpnieciskas kvalitātes bora karbīda un daļēji grafitizētas kvēpu masas. Melns kompozītmateriāla pulveris, ko izmanto kā oglekļa avotu un antioksidantu zema oglekļa satura magnija-oglekļa ķieģeļiem, ir devis labus rezultātus.
Tā kā bora karbīds augstā temperatūrā zināmā mērā mīkstinās, tas var piestiprināties pie citu materiālu daļiņu virsmas. Pat ja produkts ir sablīvēts, uz tā esošā B2O3 oksīda plēve var veidot zināmu aizsardzību un darboties kā antioksidatīva. Tajā pašā laikā, tā kā reakcijas rezultātā radītie kolonnveida kristāli ir izkliedēti ugunsizturīgā materiāla matricā un spraugās, samazinās porainība, uzlabojas vidējās temperatūras izturība un palielinās radīto kristālu tilpums, kas var dziedēt tilpuma saraušanos un samazināt plaisas.
3. Ložu necaurlaidīgi materiāli, ko izmanto valsts aizsardzības uzlabošanai
Pateicoties augstajai cietībai, augstajai izturībai, mazajam īpatnējam svaram un augstajam ballistiskās pretestības līmenim, bora karbīds īpaši atbilst vieglo ložu necaurlaidīgo materiālu tendencei. Tas ir labākais ložu necaurlaidīgais materiāls lidmašīnu, transportlīdzekļu, bruņu un cilvēku ķermeņu aizsardzībai; pašlaikDažas valstisir ierosinājuši lētu bora karbīda antibalistisko bruņu pētījumu, kuru mērķis ir veicināt bora karbīda antibalistisko bruņu plašu izmantošanu aizsardzības nozarē.
4. Pielietojums kodolrūpniecībā
Bora karbīdam ir augsts neitronu absorbcijas šķērsgriezums un plašs neitronu enerģijas spektrs, un tas ir starptautiski atzīts par labāko neitronu absorbētāju kodolrūpniecībā. Starp tiem bora-10 izotopa termiskais šķērsgriezums ir pat 347 × 10⁻⁷ cm², otrajā vietā aiz dažiem elementiem, piemēram, gadolīnija, samārija un kadmija, un tas ir efektīvs termisko neitronu absorbētājs. Turklāt bora karbīds ir bagāts ar resursiem, izturīgs pret koroziju, tam ir laba termiskā stabilitāte, tas neražo radioaktīvus izotopus un tam ir zema sekundārā starojuma enerģija, tāpēc bora karbīdu plaši izmanto kā kontroles materiālus un ekranēšanas materiālus kodolreaktoros.
Piemēram, kodolrūpniecībā augstas temperatūras gāzes dzesēšanas reaktorā kā otro izslēgšanas sistēmu tiek izmantota bora absorbējoša lodīšu izslēgšanas sistēma. Avārijas gadījumā, kad pirmā izslēgšanas sistēma nedarbojas, otrā izslēgšanas sistēma izmanto lielu skaitu bora karbīda granulu, kas brīvi krīt reaktora serdes atstarojošā slāņa kanālā utt., lai izslēgtu reaktoru un nodrošinātu aukstu izslēgšanu, kur absorbējošā lodīte ir grafīta lodīte, kas satur bora karbīdu. Bora karbīda serdes galvenā funkcija augstas temperatūras gāzes dzesēšanas reaktorā ir kontrolēt reaktora jaudu un drošību. Oglekļa ķieģelis ir piesūcināts ar bora karbīda neitronus absorbējošu materiālu, kas var samazināt reaktora spiedientvertnes neitronu apstarošanu.
Pašlaik kodolreaktoru borīda materiāli galvenokārt ietver šādus materiālus: bora karbīdu (vadības stieņi, ekranēšanas stieņi), borskābi (moderatoru, dzesēšanas šķidrumu), bora tēraudu (vadības stieņi un kodoldegvielas un kodolatkritumu uzglabāšanas materiāli), boru eiropiju (kodola kodolā sadedzināms indes materiāls) utt.