Boron Carbide (B4C) er en holdbar keramik bestående af Bor og kulstof. Boron carbid er et af de hårdeste stoffer, der er kendt, og ligger på tredjepladsen efter kubisk bornitrid og diamant. Det er et kovalent materiale, der bruges i en række vigtige applikationer, herunder kampvognspanser, skudsikre veste og motorsabotagepulver. Faktisk er det det foretrukne materiale til en række industrielle anvendelser. Denne artikel giver en oversigt over Boron Carbide og dets fordele.

Hvad er Boron Carbide helt præcist?

Borkarbid er en vigtig kemisk forbindelse med en krystalstruktur, der er typisk for icosaedriske borider. Forbindelsen blev opdaget i det nittende århundrede som et biprodukt af metalboridreaktioner. Det var ikke kendt for at have en kemisk formel før i 1930'erne, hvor dens kemiske sammensætning blev anslået til at være B4C. Røntgenkrystallografien af ​​stoffet viser, at det har en meget kompliceret struktur, der består af både C-B-C kæder og B12 icosahedra.

Borkarbid har ekstrem hårdhed (9,5-9,75 på Mohs-skalaen), stabilitet mod ioniserende stråling, modstandsdygtighed over for kemiske reaktioner og fremragende neutronafskærmningsegenskaber. Vickers-hårdheden, elasticitetsmodulet og brudsejheden for borcarbid er næsten den samme som diamant.

På grund af sin ekstreme hårdhed omtales borcarbid også som "sort diamant". Det har også vist sig at besidde halvledende egenskaber, hvor transport af hoppetypen dominerer dens elektroniske egenskaber. Det er en p-type halvleder. På grund af dets ekstreme hårdhed betragtes det som et slidstærkt teknisk keramisk materiale, hvilket gør det velegnet til behandling af andre ekstremt hårde stoffer. Ud over dens gode mekaniske egenskaber og lave vægtfylde er den ideel til at lave letvægts rustning.

Produktion af borkarbidkeramik

Bor-carbid-pulver er kommercielt fremstillet gennem enten fusion (som involverer reduktion af boranhydrid (B2O3) med kulstof) eller magnesium-reaktion (som involverer at få boranhydrid til at reagere med magnesium i nærvær af kønrøg). I den første reaktion danner produktet en betydelig æggeformet klump i midten af ​​smelteren. Dette ægformede materiale ekstraheres, knuses og males derefter til den passende kornstørrelse til endelig brug.

I tilfælde af den magnesiotermiske reaktion opnås støkiometrisk karbid med lav granularitet direkte, men det har urenheder, herunder op til 2 % grafit. Fordi det er en kovalent bundet uorganisk forbindelse, er borcarbid svært at sintre uden at påføre varme og tryk samtidigt. På grund af dette laves borcarbid ofte til tætte former ved varmpresning af fine, rene pulvere (2 m) ved høje temperaturer (2100-2200 °C) i et vakuum eller inert atmosfære.

En anden metode til fremstilling af borcarbid er trykløs sintring ved en meget høj temperatur (2300-2400 °C), som er tæt på smeltepunktet for borcarbid. For at hjælpe med at reducere den temperatur, der kræves til fortætning under denne proces, tilsættes sintringshjælpemidler som aluminiumoxid, Cr, Co, Ni og glas til pulverblandingen.

Anvendelser af bor-carbid-keramik

Boron Carbide har mange forskellige applikationer.

Borkarbid bruges som slibemiddel og slibemiddel.

Borkarbid i pulverform er ideel til brug som slibemiddel og lapmiddel med en høj grad af materialefjernelse ved bearbejdning af ultrahårde materialer.

Borkarbid bruges til fremstilling af keramiske blæsedyser.

Borkarbid er ekstremt modstandsdygtig over for slid, hvilket gør det til et fremragende materiale til at sprænge dyser, når de er sintrede. Selv ved brug med ekstremt hårde slibemidlersåsom korund og siliciumcarbid forbliver blæsekraften den samme, der er minimalt slid, og dyserne er mere holdbare.

Borkarbid bruges som ballistisk beskyttelsesmateriale.

Bor carbide giver sammenlignelig ballistisk beskyttelse som pansret stål og aluminiumoxid, men med en meget lavere vægt. Moderne militærudstyr er kendetegnet ved en høj grad af hårdhed, trykstyrke og et højt elasticitetsmodul ud over lav vægt. Boron Carbide er overlegen i forhold til alle andre alternative materialer til denne applikation.

Borcarbide bruges som neutronabsorber.

Inden for teknik er den vigtigste neutronabsorber B10, der bruges som borcarbid i atomreaktorkontrol.

Borets atomare struktur gør det til en effektiv neutronabsorber. Isotopen 10B, der er til stede i omkring 20 % af sin naturlige overflod, har et højt nukleart tværsnit og kan fange de termiske neutroner, der genereres af urans fissionsreaktion.

Borcarbidskive af nuklear kvalitet til neutronabsorption