Bor karbür, metalik parlaklığa sahip siyah bir kristal olup, siyah elmas olarak da bilinir ve inorganik metalik olmayan malzemeler sınıfına aittir. Günümüzde bor karbür malzemesi, kurşun geçirmez zırh uygulamalarında kullanılması nedeniyle herkes tarafından bilinmektedir; çünkü seramik malzemeler arasında en düşük yoğunluğa sahiptir, yüksek elastik modülü ve yüksek sertlik avantajlarına sahiptir ve mikro kırılma yoluyla mermilerin enerjisini emerken yükü mümkün olduğunca düşük tutma etkisine sahiptir. Ancak aslında bor karbürün, aşındırıcılar, refrakter malzemeler, nükleer sanayi, havacılık ve uzay gibi alanlarda önemli bir rol oynamasını sağlayabilecek birçok benzersiz özelliği daha vardır.
Özellikleribor karbür
Fiziksel özellikler açısından, bor karbürün sertliği elmas ve kübik bor nitrürden sonra gelir ve yüksek sıcaklıklarda bile yüksek mukavemetini koruyabilir, bu da onu ideal bir yüksek sıcaklık aşınmaya dayanıklı malzeme haline getirir; bor karbürün yoğunluğu çok düşüktür (teorik yoğunluk sadece 2,52 g/cm³), sıradan seramik malzemelerden daha hafiftir ve havacılık alanında kullanılabilir; bor karbür güçlü nötron emme yeteneğine, iyi termal kararlılığa ve 2450 °C erime noktasına sahiptir, bu nedenle nükleer endüstride de yaygın olarak kullanılır. Nötron emme yeteneği, B elementi eklenerek daha da geliştirilebilir; belirli morfoloji ve yapıya sahip bor karbür malzemeler ayrıca özel fotoelektrik özelliklere sahiptir; ayrıca, bor karbür yüksek erime noktası, yüksek elastik modül, düşük genleşme katsayısı ve iyi avantajları sayesinde metalurji, kimya endüstrisi, makine, havacılık ve askeri endüstri gibi birçok alanda potansiyel bir uygulama malzemesidir. Örneğin, korozyona ve aşınmaya dayanıklı parçalar, kurşun geçirmez zırhlar, reaktör kontrol çubukları ve termoelektrik elemanlar vb.
Kimyasal özellikler açısından, bor karbür oda sıcaklığında asitler, alkaliler ve çoğu inorganik bileşik ile reaksiyona girmez ve oda sıcaklığında oksijen ve halojen gazlarıyla da neredeyse hiç reaksiyona girmez; kimyasal özellikleri stabildir. Ayrıca, bor karbür tozu halojen ile çelik borlama ajanı olarak aktive edilir ve bor, çeliğin yüzeyine nüfuz ederek bir demir borür filmi oluşturur, böylece malzemenin mukavemetini ve aşınma direncini artırır ve kimyasal özellikleri mükemmeldir.
Malzemenin doğasının kullanım alanını belirlediğini hepimiz biliyoruz, peki bor karbür tozu hangi uygulamalarda üstün performans gösterir?Ar-Ge merkezinin mühendisleriUrbanMines TeknolojisiŞirket aşağıdaki özeti hazırladı.
Uygulamabor karbür
1. Bor karbür, parlatma aşındırıcısı olarak kullanılır.
Bor karbürün aşındırıcı olarak kullanımı esas olarak safir taşlama ve parlatma işlemlerindedir. Süper sert malzemeler arasında bor karbürün sertliği, alüminyum oksit ve silisyum karbürden daha iyidir ve sadece elmas ve kübik bor nitrürden sonra gelir. Safir, yarı iletken GaN/Al₂O₃ ışık yayan diyotlar (LED'ler), büyük ölçekli entegre devreler SOI ve SOS ve süper iletken nanoyapı filmleri için en ideal altlık malzemesidir. Yüzey pürüzsüzlüğü çok yüksektir ve ultra pürüzsüz olmalıdır. Hiçbir hasar derecesi olmamalıdır. Safir kristalinin yüksek mukavemeti ve yüksek sertliği (Mohs sertliği 9) nedeniyle, işleme işletmeleri için büyük zorluklar ortaya çıkmıştır.
Malzeme ve taşlama açısından bakıldığında, safir kristallerinin işlenmesi ve taşlanması için en iyi malzemeler sentetik elmas, bor karbür, silisyum karbür ve silisyum dioksittir. Yapay elmasın sertliği çok yüksektir (Mohs sertliği 10), safir levha taşlanırken yüzeyi çizer, levhanın ışık geçirgenliğini etkiler ve fiyatı pahalıdır; silisyum karbür kesildikten sonra genellikle pürüzlülük RA yüksektir ve düzlük zayıftır; ancak silisyumun sertliği yeterli değildir (Mohs sertliği 7) ve taşlama kuvveti zayıftır, bu da taşlama işleminde zaman alıcı ve emek yoğun bir süreçtir. Bu nedenle, bor karbür aşındırıcı (Mohs sertliği 9,3), safir kristallerinin işlenmesi ve taşlanması için en ideal malzeme haline gelmiştir ve safir levhaların çift taraflı taşlanmasında ve safir bazlı LED epitaksiyel levhaların arka inceltme ve parlatılmasında mükemmel performans göstermektedir.
Şunu belirtmekte fayda var ki, bor karbür 600 °C'nin üzerinde olduğunda yüzey B2O3 filmine oksitlenir ve bu da onu belirli ölçüde yumuşatır; bu nedenle aşındırıcı uygulamalarda çok yüksek sıcaklıklarda kuru taşlama için uygun değildir, sadece sıvı taşlama ile parlatma için uygundur. Bununla birlikte, bu özellik B4C'nin daha fazla oksitlenmesini önleyerek, refrakter malzemelerin uygulamasında benzersiz avantajlar sağlar.
2. Refrakter malzemelerde uygulama
Bor karbür, antioksidasyon ve yüksek sıcaklık direnci özelliklerine sahiptir. Genellikle gelişmiş şekillendirilmiş ve şekillendirilmemiş refrakter malzemeler olarak kullanılır ve çelik fırınlar ve fırın ekipmanları gibi metalurjinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılır.
Demir ve çelik endüstrisinde ve düşük karbonlu çelik ile ultra düşük karbonlu çelik üretiminde enerji tasarrufu ve tüketim azaltma ihtiyaçlarıyla birlikte, mükemmel performansa sahip düşük karbonlu magnezyum-karbon tuğlaların (genellikle %8'den az karbon içeriği) araştırma ve geliştirilmesi, yerli ve yabancı endüstrilerin giderek daha fazla ilgisini çekmektedir. Şu anda, düşük karbonlu magnezyum-karbon tuğlaların performansı genellikle bağlayıcı karbon yapısının iyileştirilmesi, magnezyum-karbon tuğlaların matris yapısının optimize edilmesi ve yüksek verimli antioksidanların eklenmesiyle geliştirilmektedir. Bunlar arasında, endüstriyel sınıf bor karbür ve kısmen grafitlenmiş karbon siyahından oluşan grafitlenmiş karbon siyah kompozit toz, düşük karbonlu magnezyum-karbon tuğlalar için karbon kaynağı ve antioksidan olarak kullanıldığında iyi sonuçlar vermiştir.
Bor karbür yüksek sıcaklıkta belirli bir ölçüde yumuşadığı için diğer malzeme parçacıklarının yüzeyine yapışabilir. Ürün yoğunlaştırılsa bile, yüzeydeki B2O3 oksit filmi belirli bir koruma sağlayarak antioksidasyon görevi görebilir. Aynı zamanda, reaksiyon sonucu oluşan sütunlu kristaller refrakter malzemenin matrisinde ve boşluklarında dağıldığı için gözeneklilik azalır, orta sıcaklık dayanımı artar ve oluşan kristallerin hacmi genişleyerek hacim büzülmesini telafi edebilir ve çatlakları azaltabilir.
3. Ulusal savunmayı güçlendirmek için kullanılan kurşun geçirmez malzemeler
Yüksek sertliği, yüksek mukavemeti, düşük özgül ağırlığı ve yüksek balistik direnci nedeniyle bor karbür, özellikle hafif kurşun geçirmez malzemeler trendine uygundur. Uçakların, araçların, zırhların ve insan vücutlarının korunması için en iyi kurşun geçirmez malzemedir; şu anda,Bazı ülkelerDüşük maliyetli bor karbür balistik zırh araştırması önerildi ve amaç, bor karbür balistik zırhın savunma sanayinde geniş ölçekli kullanımını teşvik etmektir.
4. Nükleer sanayide uygulama
Bor karbür, yüksek nötron soğurma kesitine ve geniş bir nötron enerji spektrumuna sahip olup, nükleer endüstri için en iyi nötron soğurucu olarak uluslararası alanda kabul görmektedir. Bunlar arasında, bor-10 izotopunun termal kesiti 347×10⁻²⁴ cm² kadar yüksek olup, gadolinyum, samaryum ve kadmiyum gibi birkaç elementten sonra ikinci sırada yer almakta ve etkili bir termal nötron soğurucudur. Ayrıca, bor karbür kaynak bakımından zengin, korozyona dayanıklı, iyi termal kararlılığa sahip, radyoaktif izotop üretmeyen ve düşük ikincil ışın enerjisine sahip olduğundan, nükleer reaktörlerde kontrol malzemesi ve kalkan malzemesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Örneğin, nükleer sanayide, yüksek sıcaklıklı gaz soğutmalı reaktör, ikinci kapatma sistemi olarak bor emici bilye kapatma sistemini kullanır. Bir kaza durumunda, birinci kapatma sistemi arızalandığında, ikinci kapatma sistemi, reaktörü kapatmak ve soğuk kapatmayı gerçekleştirmek için çok sayıda bor karbür bilyesini reaktör çekirdeğinin yansıtıcı tabakasının kanalına serbest düşüşle bırakır; burada emici bilye, bor karbür içeren bir grafit bilyedir. Yüksek sıcaklıklı gaz soğutmalı reaktördeki bor karbür çekirdeğinin ana işlevi, reaktörün gücünü ve güvenliğini kontrol etmektir. Karbon tuğla, reaktör basınçlı kabının nötron ışınımını azaltabilen bor karbür nötron emici malzeme ile emprenye edilmiştir.
Şu anda nükleer reaktörler için kullanılan borür malzemeler başlıca şu malzemeleri içermektedir: bor karbür (kontrol çubukları, koruyucu çubuklar), borik asit (moderatör, soğutucu), bor çeliği (kontrol çubukları ve nükleer yakıt ve nükleer atık depolama malzemeleri), bor öropiyum (çekirdekte yanıcı zehirleyici madde), vb.