El carbur de bor (B4C) és una ceràmica duradora composta de bor i carboni. El carbur de bor és una de les substàncies més dures que es coneixen i ocupa el tercer lloc per darrere del nitrur de bor cúbic i el diamant. És un material covalent utilitzat en una varietat d'aplicacions crucials, com ara blindatges de tancs, armilles antibales i pols de sabotatge del motor. De fet, és el material preferit per a una varietat d'aplicacions industrials. Aquest article ofereix un resum del carbur de bor i els seus avantatges.
Què és exactament el carbur de bor?
El carbur de bor és un compost químic crucial amb una estructura cristal·lina típica dels borurs basats en icosaèdrics. El compost va ser descobert al segle XIX com a subproducte de reaccions de borur metàl·lic. No se sabia que tenia una fórmula química fins a la dècada de 1930, quan es va estimar que la seva composició química era B4C. La cristal·lografia de raigs X de la substància mostra que té una estructura molt complicada formada tant per cadenes C-B-C com per icosaedres B12.
El carbur de bor posseeix una duresa extrema (9,5-9,75 a l'escala de Mohs), estabilitat davant les radiacions ionitzants, resistència a les reaccions químiques i excel·lents propietats de blindatge de neutrons. La duresa Vickers, el mòdul elàstic i la tenacitat a la fractura del carbur de bor són gairebé els mateixos que els del diamant.
A causa de la seva extrema duresa, el carbur de bor també es coneix com a "diamant negre". També s'ha demostrat que posseeix propietats semiconductores, amb el transport de tipus salt dominant les seves propietats electròniques. És un semiconductor de tipus p. A causa de la seva extrema duresa, es considera un material ceràmic tècnic resistent al desgast, per la qual cosa és adequat per processar altres substàncies extremadament dures. A més de les seves bones propietats mecàniques i la seva baixa gravetat específica, és ideal per fabricar armadures lleugeres.
Producció de ceràmica de carbur de bor
La pols de carbur de bor es produeix comercialment mitjançant la fusió (que implica la reducció de l'anhídrid de bor (B2O3) amb carboni) o la reacció magnesiotèrmica (que implica fer que l'anhídrid de bor reaccioni amb el magnesi en presència de negre de carboni). En la primera reacció, el producte forma un gruix important en forma d'ou al centre de la fosa. Aquest material en forma d'ou s'extreu, es tritura i després es fresa fins a la mida de gra adequada per a l'ús final.
En el cas de la reacció magnesiotèrmica, s'obté directament Carbur estequiomètric de baixa granularitat, però presenta impureses, incloent fins a un 2% de grafit. Com que és un compost inorgànic enllaçat covalentment, el carbur de bor és difícil de sinteritzar sense aplicar calor i pressió simultàniament. A causa d'això, el carbur de bor es fa sovint en formes denses mitjançant la pressió en calent de pols fines i pures (2 m) a altes temperatures (2100-2200 °C) en un buit o atmosfera inert.
Un altre mètode per produir carbur de bor és la sinterització sense pressió a una temperatura molt alta (2300–2400 °C), que és propera al punt de fusió del carbur de bor. Per ajudar a reduir la temperatura necessària per a la densificació durant aquest procés, s'afegeixen ajudes de sinterització com alúmina, Cr, Co, Ni i vidre a la barreja de pols.
Aplicacions de la ceràmica de carbur de bor
El carbur de bor té moltes aplicacions diferents.
El carbur de bor s'utilitza com a agent de lligat i abrasiu.
El carbur de bor en forma de pols és ideal per utilitzar-lo com a agent abrasiu i lligat amb una alta taxa d'eliminació de material quan es processen materials ultra durs.
El carbur de bor s'utilitza per fabricar broquets de granallat de ceràmica.
El carbur de bor és extremadament resistent al desgast, el que el converteix en un material excel·lent per a la voladura de broquets quan es sinteritza. Fins i tot quan s'utilitza amb agents de granallament abrasius extremadament durscom el corindó i el carbur de silici, la potència de granallament segueix sent la mateixa, hi ha un desgast mínim i els broquets són més duradors.
El carbur de bor s'utilitza com a material de protecció balística.
El carbur de bor proporciona una protecció balística comparable a la de l'acer blindat i l'òxid d'alumini, però amb un pes molt inferior. Els equips militars moderns es caracteritzen per un alt grau de duresa, resistència a la compressió i un alt mòdul d'elasticitat, a més del baix pes. El carbur de bor és superior a tots els altres materials alternatius per a aquesta aplicació.
El carbur de bor s'utilitza com a absorbent de neutrons.
En enginyeria, l'absorbidor de neutrons més important és B10, utilitzat com a carbur de bor en el control del reactor nuclear.
L'estructura atòmica del bor el converteix en un absorbidor de neutrons eficaç. En particular, l'isòtop 10B, present al voltant del 20% de la seva abundància natural, té una gran secció transversal nuclear i pot capturar els neutrons tèrmics que es generen per la reacció de fissió de l'urani.
Disc de carbur de bor de grau nuclear per a l'absorció de neutrons
