El carburo de boro (B4C) es una cerámica duradera compuesta de boro y carbono. El carburo de boro es una de las sustancias más duras conocidas y ocupa el tercer lugar detrás del nitruro de boro cúbico y el diamante. Es un material covalente utilizado en una variedad de aplicaciones cruciales, que incluyen armaduras de tanques, chalecos antibalas y polvos de sabotaje de motores. De hecho, es el material preferido para una variedad de aplicaciones industriales. Este artículo proporciona un resumen del carburo de boro y sus ventajas.
¿Qué es exactamente el carburo de boro?
El carburo de boro es un compuesto químico fundamental con una estructura cristalina típica de los boruros de base icosaédrica. El compuesto fue descubierto en el siglo XIX como un subproducto de reacciones de boruro de metal. No se sabía que tuviera una fórmula química hasta la década de 1930, cuando se estimó que su composición química era B4C. La cristalografía de rayos X de la sustancia muestra que tiene una estructura muy complicada formada por cadenas C-B-C e icosaedros B12.
El carburo de boro posee una dureza extrema (9,5–9,75 en la escala de Mohs), estabilidad frente a la radiación ionizante, resistencia a las reacciones químicas y excelentes propiedades de protección de neutrones. La dureza Vickers, el módulo elástico y la tenacidad a la fractura del carburo de boro son casi los mismos que los del diamante.
Debido a su extrema dureza, el carburo de boro también se conoce como "diamante negro". También se ha demostrado que posee propiedades semiconductoras, con un transporte de tipo salto dominando sus propiedades electrónicas. Es un semiconductor tipo p. Por su extrema dureza, se considera un material cerámico técnico resistente al desgaste, lo que lo hace adecuado para procesar otras sustancias extremadamente duras. Además de sus buenas propiedades mecánicas y su bajo peso específico, es ideal para fabricar armaduras ligeras.
Producción de cerámica de carburo de boro
El polvo de carburo de boro se produce comercialmente mediante fusión (que consiste en reducir el anhídrido de boro (B2O3) con carbono) o reacción magnesiotérmica (que implica hacer que el anhídrido de boro reaccione con magnesio en presencia de negro de humo). En la primera reacción, el producto forma un bulto considerable en forma de huevo en el centro de la fundición. Este material en forma de huevo se extrae, tritura y luego se muele hasta obtener el tamaño de grano adecuado para su uso final.
En el caso de la reacción magnesiotérmica, se obtiene directamente Carburo estequiométrico con baja granularidad, pero presenta impurezas, incluyendo hasta un 2% de grafito. Debido a que es un compuesto inorgánico unido covalentemente, el carburo de boro es difícil de sinterizar sin aplicar calor y presión simultáneamente. Debido a esto, el carburo de boro a menudo se convierte en formas densas mediante prensado en caliente de polvos puros finos (2 m) a altas temperaturas (2100–2200 °C) en una atmósfera inerte o al vacío.
Otro método para producir carburo de boro es la sinterización sin presión a una temperatura muy alta (2300–2400 °C), que está cerca del punto de fusión del carburo de boro. Para ayudar a reducir la temperatura requerida para la densificación durante este proceso, se agregan ayudas de sinterización como alúmina, Cr, Co, Ni y vidrio a la mezcla de polvo.
Aplicaciones de la cerámica de carburo de boro
El carburo de boro tiene muchas aplicaciones diferentes.
El carburo de boro se utiliza como agente abrasivo y de lapeado.
El carburo de boro en forma de polvo es ideal para su uso como agente abrasivo y de pulido con una alta tasa de eliminación de material cuando se procesan materiales ultraduros.
El carburo de boro se utiliza para fabricar boquillas de chorreado de cerámica.
El carburo de boro es extremadamente resistente al desgaste, lo que lo convierte en un excelente material para soplar boquillas cuando se sinteriza. Incluso cuando se utiliza con agentes de limpieza abrasivos extremadamente duroscomo el corindón y el carburo de silicio, la potencia de explosión sigue siendo la misma, el desgaste es mínimo y las boquillas son más duraderas.
El carburo de boro se utiliza como material de protección balística.
El carburo de boro proporciona una protección balística comparable a la del acero blindado y el óxido de aluminio, pero con un peso mucho menor. El equipo militar moderno se caracteriza por un alto grado de dureza, resistencia a la compresión y un alto módulo de elasticidad, además de un bajo peso. El carburo de boro es superior a todos los demás materiales alternativos para esta aplicación.
El carburo de boro se utiliza como absorbente de neutrones.
En ingeniería, el absorbedor de neutrones más importante es el B10, utilizado como carburo de boro en el control de reactores nucleares.
La estructura atómica del boro lo convierte en un absorbente de neutrones eficaz. En particular, el isótopo 10B, presente en alrededor del 20% de su abundancia natural, tiene una sección transversal nuclear alta y puede capturar los neutrones térmicos que se generan por la reacción de fisión del uranio.
Disco de carburo de boro de grado nuclear para absorción de neutrones
