Boorkarbied (B4C) is 'n duursame keramiek wat uit boor en koolstof bestaan. Boorkarbied is een van die hardste stowwe wat bekend is, en is derde agter kubieke boornitried en diamant. Dit is 'n kovalente materiaal wat in 'n verskeidenheid belangrike toepassings gebruik word, insluitend tenkwapens, koeëlvaste baadjies en enjinsabotasiepoeiers. Trouens, dit is die voorkeurmateriaal vir 'n verskeidenheid industriële toepassings. Hierdie artikel verskaf 'n opsomming van boorkarbied en die voordele daarvan.
Wat presies is boorkarbied?
Boorkarbied is 'n belangrike chemiese verbinding met 'n kristalstruktuur tipies van icosahedral-gebaseerde boriede. Die verbinding is in die negentiende eeu ontdek as 'n neweproduk van metaalboriedreaksies. Dit was nie bekend dat dit 'n chemiese formule gehad het tot in die 1930's nie, toe die chemiese samestelling daarvan na raming B4C was. Die X-straal kristallografie van die stof toon dat dit 'n baie ingewikkelde struktuur het wat bestaan uit beide C-B-C kettings en B12 icosahedra.
Boorkarbied beskik oor uiterste hardheid (9,5–9,75 op die Mohs-skaal), stabiliteit teen ioniserende straling, weerstand teen chemiese reaksies en uitstekende neutronafskermingseienskappe. Die Vickers-hardheid, die elastiese modulus en die breuktaaiheid van boorkarbied is amper dieselfde as dié van diamant.
As gevolg van sy uiterste hardheid, word boorkarbied ook na verwys as "swart diamant." Daar is ook getoon dat dit halfgeleidende eienskappe besit, met hop-tipe vervoer wat sy elektroniese eienskappe oorheers. Dit is 'n p-tipe halfgeleier. Vanweë sy uiterste hardheid word dit as 'n slytvaste tegniese keramiekmateriaal beskou, wat dit geskik maak vir die verwerking van ander uiters harde stowwe. Benewens sy goeie meganiese eienskappe en lae soortlike gewig, is dit ideaal vir die maak van liggewig pantser.
Produksie van boorkarbied-keramiek
Boorkarbiedpoeier word kommersieel geproduseer deur óf samesmelting (wat die vermindering van booranhidried (B2O3) met koolstof behels) óf deur magnesiotermiese reaksie (wat behels dat booranhidried in die teenwoordigheid van koolstofswart met magnesium reageer). In die eerste reaksie vorm die produk 'n aansienlike eiervormige knop in die middel van die smelter. Hierdie eiervormige materiaal word onttrek, fyngedruk en dan gemaal tot die toepaslike korrelgrootte vir finale gebruik.
In die geval van die magnesiotermiese reaksie word stoïgiometriese karbied met lae korreligheid direk verkry, maar dit het onsuiwerhede, insluitend tot 2% grafiet. Omdat dit 'n kovalent gebind anorganiese verbinding is, is boorkarbied moeilik om te sinter sonder om hitte en druk gelyktydig toe te pas. As gevolg hiervan word boorkarbied dikwels in digte vorms gemaak deur fyn, suiwer poeiers (2 m) teen hoë temperature (2100–2200 °C) in 'n vakuum of inerte atmosfeer warm te pers.
Nog 'n metode vir die vervaardiging van boorkarbied is druklose sintering by 'n baie hoë temperatuur (2300–2400 °C), wat naby die smeltpunt van boorkarbied is. Om te help om die temperatuur wat benodig word vir verdigting tydens hierdie proses te verminder, word sinterhulpmiddels soos alumina, Cr, Co, Ni en glas by die poeiermengsel gevoeg.
Toepassings van boorkarbied-keramiek
Boron Carbide het baie verskillende toepassings.
Boorkarbied word as 'n lap- en skuurmiddel gebruik.
Boorkarbied in poeiervorm is ideaal vir gebruik as 'n skuur- en lapmiddel met 'n hoë mate van materiaalverwydering wanneer ultraharde materiale verwerk word.
Boorkarbied word gebruik om keramiekspuitpunte te vervaardig.
Boorkarbied is uiters bestand teen slytasie, wat dit 'n uitstekende materiaal maak om spuitpunte te skiet wanneer dit gesinter is. Selfs wanneer dit gebruik word met uiters harde skuurmiddelssoos korund en silikonkarbied, die skietkrag bly dieselfde, daar is minimale slytasie, en die spuitpunte is duursaam.
Boorkarbied word as 'n ballistiese beskermingsmateriaal gebruik.
Boorkarbied bied vergelykbare ballistiese beskerming met dié van gepantserde staal en aluminiumoksied, maar teen 'n baie laer gewig. Moderne militêre toerusting word gekenmerk deur 'n hoë mate van hardheid, druksterkte en 'n hoë elastisiteitsmodulus, benewens lae gewig. Boorkarbied is beter as alle ander alternatiewe materiale vir hierdie toepassing.
Boorkarbied word as 'n neutronabsorbeerder gebruik.
In ingenieurswese is die belangrikste neutronabsorbeerder B10, wat as boorkarbied in kernreaktorbeheer gebruik word.
Die atoomstruktuur van boor maak dit 'n effektiewe neutronabsorbeerder. Die 10B-isotoop, wat in ongeveer 20% van sy natuurlike oorvloed voorkom, het veral 'n hoë kerndwarssnit en kan die termiese neutrone opvang wat deur die splytingsreaksie van uraan gegenereer word.
Kerngraad boorkarbiedskyf vir neutronabsorpsie
