Карбід бору (B4C) — гэта трывалая кераміка, якая складаецца з бору і вугляроду. Карбід бору — адно з самых цвёрдых вядомых рэчываў, займаючы трэцяе месца пасля кубічнага нітрыду бору і алмаза. Гэта кавалентны матэрыял, які выкарыстоўваецца ў розных важных мэтах, у тым ліку ў броні танкаў, бронекамізэльках і дыверсійных парашках для рухавікоў. Фактычна, гэта пераважны матэрыял для розных прамысловых прымянення. У гэтым артыкуле прыводзіцца кароткая інфармацыя аб карбідзе бору і яго перавагах.

Што такое карбід бору?

Карбід бору з'яўляецца найважнейшым хімічным злучэннем з крышталічнай структурай, тыповай для барыдаў на аснове ікасаэдра. Злучэнне было выяўлена ў дзевятнаццатым стагоддзі як пабочны прадукт рэакцыі борыду металу. Да 1930-х гадоў не было вядома, што ён мае хімічную формулу, калі яго хімічны склад быў ацэнены як B4C. Рэнтгенаўская крышталаграфія рэчыва паказвае, што яно мае вельмі складаную структуру, якая складаецца як з ланцугоў C-B-C, так і з ікасаэдраў B12.

Карбід бору валодае надзвычайнай цвёрдасцю (9,5–9,75 па шкале Мооса), устойлівасцю да іанізуючага выпраменьвання, устойлівасцю да хімічных рэакцый і выдатнымі ўласцівасцямі экранавання нейтронаў. Цвёрдасць па Віккерсу, модуль пругкасці і ўстойлівасць да разбурэння карбіду бору амаль такія ж, як у алмаза.

З-за надзвычайнай цвёрдасці карбід бору таксама называюць "чорным алмазам". Было таксама паказана, што ён валодае паўправадніковымі ўласцівасцямі, прычым скачкападобны транспарт дамінуе ў яго электронных уласцівасцях. Гэта паўправаднік р-тыпу. З-за сваёй надзвычайнай цвёрдасці ён лічыцца зносаўстойлівым тэхнічным керамічным матэрыялам, што робіць яго прыдатным для апрацоўкі іншых надзвычай цвёрдых рэчываў. У дадатак да добрых механічных уласцівасцяў і нізкай удзельнай вагі, ён ідэальна падыходзіць для вырабу лёгкай броні.

Вытворчасць керамікі з карбіду бору

Парашок карбіду бору камерцыйна вырабляецца шляхам плаўлення (уключае аднаўленне ангідрыду бору (B2O3) вугляродам) або магнезіятэрмічнай рэакцыі (уключае рэакцыю ангідрыду бору з магніем у прысутнасці сажы). У першай рэакцыі прадукт утварае значны камяк у форме яйкі ў цэнтры плаўкі. Гэты яйкападобны матэрыял здабываецца, здрабняецца, а затым здрабняецца да адпаведнага памеру збожжа для канчатковага выкарыстання.

У выпадку магнезіятэрмічнай рэакцыі непасрэдна атрымліваецца стэхіаметрычны карбід з нізкай зярністасцю, але ён мае прымешкі, у тым ліку да 2% графіту. Паколькі гэта неарганічнае злучэнне з кавалентнай сувяззю, карбід бору цяжка спекаць без адначасовага прымянення цяпла і ціску. З-за гэтага з карбіду бору часта робяць шчыльныя формы шляхам гарачага прэсавання тонкіх чыстых парашкоў (2 м) пры высокіх тэмпературах (2100–2200 °C) у вакууме або інэртнай атмасферы.

Іншы спосаб атрымання карбіду бору — спяканне без ціску пры вельмі высокай тэмпературы (2300–2400 °C), якая блізкая да тэмпературы плаўлення карбіду бору. Каб знізіць тэмпературу, неабходную для ўшчыльнення падчас гэтага працэсу, да парашковай сумесі дадаюць дапаможныя рэчывы для спякання, такія як аксід алюмінія, Cr, Co, Ni і шкло.

Прымяненне керамікі з карбіду бору

Карбід бору мае мноства розных ужыванняў.

Карбід бору выкарыстоўваецца ў якасці прыціркі і абразіва.

Карбід бору ў выглядзе парашка ідэальна падыходзіць для выкарыстання ў якасці абразіва і прыціркі з высокай хуткасцю выдалення матэрыялу пры апрацоўцы звышцвёрдых матэрыялаў.

Карбід бору выкарыстоўваецца для вытворчасці керамічных асадак.

Карбід бору надзвычай устойлівы да зносу, што робіць яго выдатным матэрыялам для струйной ачысткі соплаў пры спеканні. Нават пры выкарыстанні з надзвычай цвёрдымі абразіўнымі сродкамітакіх як карунд і карбід крэмнію, магутнасць выбуху застаецца ранейшай, знос мінімальны, а сопла больш трывалыя.

Карбід бору выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу для балістычнай абароны.

Карбід бору забяспечвае такую ​​ж балістычную абарону, што і бранявая сталь і аксід алюмінія, але пры значна меншай вазе. Сучасная ваенная тэхніка, акрамя малой вагі, адрозніваецца высокай цвёрдасцю, трываласцю на сціск і высокім модулем пругкасці. Карбід бору пераўзыходзіць усе іншыя альтэрнатыўныя матэрыялы для гэтага прымянення.

У якасці паглынальніка нейтронаў выкарыстоўваецца карбід бору.

У машынабудаванні найбольш важным паглынальнікам нейтронаў з'яўляецца B10, які выкарыстоўваецца ў якасці карбіду бору ў кіраванні ядзернымі рэактарамі.

Атамная структура бору робіць яго эфектыўным паглынальнікам нейтронаў. У прыватнасці, ізатоп 10B, які прысутнічае прыкладна ў 20% ад яго прыроднай колькасці, мае высокае ядзернае сячэнне і можа захопліваць цеплавыя нейтроны, якія ўтвараюцца ў выніку рэакцыі дзялення ўрану.

Дыск з карбіду бору ядзернага класа для паглынання нейтронаў