Ang boron carbide ay isang itim na kristal na may metallic luster, na kilala rin bilang black diamond, na kabilang sa mga inorganic non-metallic materials. Sa kasalukuyan, pamilyar ang lahat sa materyal ng boron carbide, na maaaring dahil sa paggamit ng bulletproof armor, dahil ito ang may pinakamababang density sa mga ceramic materials, may mga bentahe ng mataas na elastic modulus at mataas na tigas, at nakakamit ng mahusay na paggamit ng micro-fracture upang sumipsip ng mga projectile. Ang epekto ng enerhiya, habang pinapanatili ang karga bilang mababa hangga't maaari. Ngunit sa katunayan, ang boron carbide ay may maraming iba pang natatanging katangian, na maaaring gawin itong gumanap ng mahalagang papel sa mga abrasive, refractory materials, industriya ng nukleyar, aerospace at iba pang larangan.
Mga Katangian ngboron karbid
Sa mga pisikal na katangian, ang katigasan ng boron carbide ay kapantay lamang ng diamond at cubic boron nitride, at maaari pa rin itong mapanatili ang mataas na lakas sa mataas na temperatura, na maaaring gamitin bilang isang mainam na materyal na lumalaban sa pagkasira sa mataas na temperatura; ang density ng boron carbide ay napakaliit (ang teoretikal na density ay 2.52 g/cm3 lamang), mas magaan kaysa sa mga ordinaryong materyales na seramiko, at maaaring gamitin sa larangan ng aerospace; ang boron carbide ay may malakas na kakayahan sa pagsipsip ng neutron, mahusay na thermal stability, at melting point na 2450 °C, kaya malawakan din itong ginagamit sa industriya ng nuklear. Ang kakayahan sa pagsipsip ng neutron ng neutron ay maaaring mapabuti pa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga elementong B; ang mga materyales na boron carbide na may partikular na morpolohiya at istraktura ay mayroon ding mga espesyal na photoelectric na katangian; bilang karagdagan, ang boron carbide ay may mataas na melting point, mataas na elastic modulus, mababang expansion coefficient at mahusay. Ang mga bentaheng ito ay ginagawa itong isang potensyal na materyal na aplikasyon sa maraming larangan tulad ng metalurhiya, industriya ng kemikal, makinarya, aerospace at industriya ng militar. Halimbawa, ang mga bahagi na lumalaban sa kalawang at pagkasira, paggawa ng bulletproof armor, reactor control rods at thermoelectric elements, atbp.
Sa mga tuntunin ng mga katangiang kemikal, ang boron carbide ay hindi tumutugon sa mga asido, alkali, at karamihan sa mga inorganic compound sa temperatura ng silid, at halos hindi tumutugon sa mga oxygen at halogen gas sa temperatura ng silid, at ang mga katangiang kemikal nito ay matatag. Bukod pa rito, ang boron carbide powder ay pinapagana ng halogen bilang isang steel boriding agent, at ang boron ay pumapasok sa ibabaw ng bakal upang bumuo ng isang iron boride film, sa gayon ay pinahuhusay ang lakas at resistensya sa pagkasira ng materyal, at ang mga katangiang kemikal nito ay mahusay.
Alam nating lahat na ang uri ng materyal ang nagtatakda ng paggamit, kaya sa aling mga aplikasyon mayroong natatanging pagganap ang boron carbide powder?Ang mga inhinyero ng sentro ng R&D ngUrbanMines Tech.Ang Co., Ltd. ay gumawa ng sumusunod na buod.
Paglalapat ngboron karbid
1. Ang boron carbide ay ginagamit bilang pang-polish na abrasive
Ang paggamit ng boron carbide bilang abrasive ay pangunahing ginagamit sa paggiling at pagpapakintab ng sapiro. Sa mga superhard na materyales, ang katigasan ng boron carbide ay mas mahusay kaysa sa aluminum oxide at silicon carbide, pangalawa lamang sa diamond at cubic boron nitride. Ang sapiro ang pinaka-ideal na materyal na substrate para sa semiconductor GaN/Al2O3 light-emitting diodes (LEDs), malalaking integrated circuits SOI at SOS, at superconducting nanostructure films. Napakakinis ng ibabaw at dapat ay ultra-smooth. Walang antas ng pinsala. Dahil sa mataas na lakas at katigasan ng sapphire crystal (Mohs hardness 9), nagdulot ito ng matinding kahirapan sa mga negosyo sa pagproseso.
Mula sa perspektibo ng mga materyales at paggiling, ang pinakamahusay na materyales para sa pagproseso at paggiling ng mga kristal ng sapiro ay sintetikong diyamante, boron carbide, silicon carbide, at silicon dioxide. Ang katigasan ng artipisyal na diyamante ay masyadong mataas (katigasan ng Mohs 10) kapag gilingin ang sapphire wafer, ito ay makakamot sa ibabaw, makakaapekto sa transmittance ng liwanag ng wafer, at mahal ang presyo; pagkatapos putulin ang silicon carbide, ang pagkamagaspang ng RA ay karaniwang mataas at ang kapal ay mababa; Gayunpaman, ang katigasan ng silica ay hindi sapat (katigasan ng Mohs 7), at ang puwersa ng paggiling ay mababa, na nakakaubos ng oras at matrabaho sa proseso ng paggiling. Samakatuwid, ang boron carbide abrasive (katigasan ng Mohs 9.3) ay naging ang pinaka-ideal na materyal para sa pagproseso at paggiling ng mga kristal ng sapiro, at may mahusay na pagganap sa dobleng panig na paggiling ng mga sapphire wafer at pagnipis at pagpapakintab ng mga sapphire-based na LED epitaxial wafer.
Mahalagang banggitin na kapag ang boron carbide ay nasa temperaturang higit sa 600°C, ang ibabaw ay mao-oxidize at magiging B2O3 film, na magpapalambot dito sa isang tiyak na lawak, kaya hindi ito angkop para sa dry grinding sa napakataas na temperatura sa mga abrasive application, angkop lamang para sa polishing liquid grind. Gayunpaman, pinipigilan ng katangiang ito ang B4C na ma-oxidize pa, kaya mayroon itong mga natatanging bentahe sa paggamit ng mga refractory materials.
2. Aplikasyon sa mga materyales na matigas ang ulo
Ang boron carbide ay may mga katangiang anti-oksihenasyon at resistensya sa mataas na temperatura. Karaniwan itong ginagamit bilang mga materyales na may mataas na hugis at hindi hugis na refractory at malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan ng metalurhiya, tulad ng mga kalan na bakal at mga muwebles sa hurno.
Dahil sa pangangailangan ng pagtitipid ng enerhiya at pagbabawas ng konsumo sa industriya ng bakal at asero at sa pagtunaw ng low-carbon steel at ultra-low carbon steel, ang pananaliksik at pagpapaunlad ng mga low-carbon magnesia-carbon brick (karaniwang <8% carbon content) na may mahusay na performance ay nakakaakit ng mas maraming atensyon mula sa mga industriya sa loob at labas ng bansa. Sa kasalukuyan, ang performance ng mga low-carbon magnesia-carbon brick ay karaniwang pinapabuti sa pamamagitan ng pagpapabuti ng bonded carbon structure, pag-optimize ng matrix structure ng mga magnesia-carbon brick, at pagdaragdag ng high-efficiency antioxidants. Kabilang sa mga ito, ginagamit ang graphitized carbon na binubuo ng industrial-grade boron carbide at bahagyang graphitized carbon black. Ang black composite powder, na ginagamit bilang carbon source at antioxidant para sa mga low-carbon magnesia-carbon brick, ay nakamit ang magagandang resulta.
Dahil ang boron carbide ay lalambot sa isang tiyak na lawak sa mataas na temperatura, maaari itong ikabit sa ibabaw ng iba pang mga particle ng materyal. Kahit na ang produkto ay siksik, ang B2O3 oxide film sa ibabaw ay maaaring bumuo ng isang tiyak na proteksyon at gumanap ng isang anti-oxidation role. Kasabay nito, dahil ang mga columnar crystals na nabuo ng reaksyon ay ipinamamahagi sa matrix at mga puwang ng refractory material, ang porosity ay nababawasan, ang lakas ng katamtamang temperatura ay bumubuti, at ang volume ng mga nabuong kristal ay lumalawak, na maaaring magpagaling ng pagliit ng volume at mabawasan ang mga bitak.
3. Mga materyales na hindi tinatablan ng bala na ginamit upang mapahusay ang pambansang depensa
Dahil sa mataas na katigasan, mataas na lakas, maliit na tiyak na grabidad, at mataas na antas ng ballistic resistance, ang boron carbide ay lalong naaayon sa uso ng mga magaan na materyales na hindi tinatablan ng bala. Ito ang pinakamahusay na materyal na hindi tinatablan ng bala para sa proteksyon ng mga sasakyang panghimpapawid, sasakyan, baluti, at mga katawan ng tao; sa kasalukuyan,Ang ilang mga bansaay nagpanukala ng pananaliksik sa mababang halaga ng boron carbide anti-ballistic armor, na naglalayong isulong ang malawakang paggamit ng boron carbide anti-ballistic armor sa industriya ng depensa.
4. Aplikasyon sa industriya ng nukleyar
Ang boron carbide ay may mataas na neutron absorption cross-section at malawak na neutron energy spectrum, at kinikilala sa buong mundo bilang pinakamahusay na neutron absorber para sa industriya ng nukleyar. Kabilang sa mga ito, ang thermal section ng boron-10 isotope ay kasing taas ng 347×10-24 cm2, pangalawa lamang sa ilang elemento tulad ng gadolinium, samarium, at cadmium, at isang mahusay na thermal neutron absorber. Bukod pa rito, ang boron carbide ay mayaman sa mga mapagkukunan, lumalaban sa kalawang, mahusay na thermal stability, hindi gumagawa ng mga radioactive isotope, at may mababang secondary ray energy, kaya ang boron carbide ay malawakang ginagamit bilang mga materyales sa pagkontrol at mga materyales sa panangga sa mga nuclear reactor.
Halimbawa, sa industriya ng nukleyar, ang high-temperature gas-cooled reactor ay gumagamit ng boron absorbing ball shutdown system bilang pangalawang shutdown system. Sa kaso ng isang aksidente, kapag ang unang shutdown system ay nabigo, ang pangalawang shutdown system ay gumagamit ng maraming boron carbide pellets. Malayang nahuhulog ito sa channel ng reflective layer ng reactor core, atbp., upang isara ang reactor at maisakatuparan ang cold shutdown, kung saan ang absorbing ball ay isang graphite ball na naglalaman ng boron carbide. Ang pangunahing tungkulin ng boron carbide core sa high temperature gas-cooled reactor ay ang kontrolin ang lakas at kaligtasan ng reactor. Ang carbon brick ay binabad sa boron carbide neutron absorbing material, na maaaring mabawasan ang neutron irradiation ng pressure vessel ng reactor.
Sa kasalukuyan, ang mga materyales na boride para sa mga nuclear reactor ay pangunahing kinabibilangan ng mga sumusunod na materyales: boron carbide (control rods, shielding rods), boric acid (moderator, coolant), boron steel (control rods at mga materyales sa pag-iimbak para sa nuclear fuel at nuclear waste), boron Europium (core burnable poison material), atbp.