Le carbure de bore (B4C) est une céramique durable composée de bore et de carbone. Le carbure de bore est l'une des substances les plus dures connues, se classant au troisième rang derrière le nitrure de bore cubique et le diamant. Il s'agit d'un matériau covalent utilisé dans une variété d'applications cruciales, notamment les blindages de chars, les gilets pare-balles et les poudres de sabotage de moteurs. En fait, c'est le matériau préféré pour une variété d'applications industrielles. Cet article fournit un résumé du carbure de bore et de ses avantages.
Qu'est-ce que le carbure de bore ?
Le carbure de bore est un composé chimique crucial avec une structure cristalline typique des borures à base d'icosaèdres. Le composé a été découvert au XIXe siècle en tant que sous-produit de réactions de borure métallique. Il n'était pas connu pour avoir une formule chimique jusqu'aux années 1930, lorsque sa composition chimique a été estimée à B4C. La cristallographie aux rayons X de la substance montre qu'elle a une structure très compliquée composée à la fois de chaînes C-B-C et d'icosaèdres B12.
Le carbure de bore possède une dureté extrême (9,5 à 9,75 sur l'échelle de Mohs), une stabilité contre les rayonnements ionisants, une résistance aux réactions chimiques et d'excellentes propriétés de protection contre les neutrons. La dureté Vickers, le module d'élasticité et la ténacité à la rupture du carbure de bore sont presque les mêmes que ceux du diamant.
En raison de son extrême dureté, le carbure de bore est également appelé "diamant noir". Il a également été démontré qu'il possède des propriétés semi-conductrices, le transport de type saut dominant ses propriétés électroniques. C'est un semi-conducteur de type p. En raison de son extrême dureté, il est considéré comme un matériau céramique technique résistant à l'usure, ce qui le rend adapté au traitement d'autres substances extrêmement dures. En plus de ses bonnes propriétés mécaniques et de sa faible densité, il est idéal pour fabriquer des armures légères.
Production de céramiques au carbure de bore
La poudre de carbure de bore est produite commercialement par fusion (qui consiste à réduire l'anhydride de bore (B2O3) avec du carbone) ou par réaction magnétothermique (qui consiste à faire réagir l'anhydride de bore avec le magnésium en présence de noir de carbone). Lors de la première réaction, le produit forme une grosse masse en forme d'œuf au centre de la fonderie. Ce matériau en forme d'œuf est extrait, broyé, puis broyé à la granulométrie appropriée pour l'utilisation finale.
Dans le cas de la réaction magnétothermique, on obtient directement du carbure stoechiométrique à faible granularité, mais il contient des impuretés, dont jusqu'à 2 % de graphite. Parce qu'il s'agit d'un composé inorganique lié par covalence, le carbure de bore est difficile à fritter sans appliquer simultanément de la chaleur et de la pression. Pour cette raison, le carbure de bore est souvent transformé en formes denses par pressage à chaud de poudres fines et pures (2 m) à des températures élevées (2100-2200 °C) dans un vide ou une atmosphère inerte.
Une autre méthode de production de carbure de bore est le frittage sans pression à très haute température (2 300–2 400 °C), qui est proche du point de fusion du carbure de bore. Pour aider à réduire la température requise pour la densification au cours de ce processus, des auxiliaires de frittage comme l'alumine, le Cr, le Co, le Ni et le verre sont ajoutés au mélange de poudre.
Applications de la céramique au carbure de bore
Le carbure de bore a de nombreuses applications différentes.
Le carbure de bore est utilisé comme agent de rodage et abrasif.
Le carbure de bore sous forme de poudre convient parfaitement comme agent abrasif et de rodage avec un taux d'enlèvement de matière élevé lors du traitement de matériaux ultra-durs.
Le carbure de bore est utilisé pour fabriquer des buses de sablage en céramique.
Le carbure de bore est extrêmement résistant à l'usure, ce qui en fait un excellent matériau pour les buses de sablage lorsqu'il est fritté. Même en cas d'utilisation avec des abrasifs extrêmement durstels que le corindon et le carbure de silicium, la puissance de sablage reste la même, l'usure est minimale et les buses sont plus durables.
Le carbure de bore est utilisé comme matériau de protection balistique.
Le carbure de bore offre une protection balistique comparable à celle de l'acier blindé et de l'oxyde d'aluminium, mais à un poids bien inférieur. L'équipement militaire moderne se caractérise par un degré élevé de dureté, de résistance à la compression et un module d'élasticité élevé, en plus d'un faible poids. Le carbure de bore est supérieur à tous les autres matériaux alternatifs pour cette application.
Le carbure de bore est utilisé comme absorbeur de neutrons.
En ingénierie, l'absorbeur de neutrons le plus important est le B10, utilisé comme carbure de bore dans le contrôle des réacteurs nucléaires.
La structure atomique du bore en fait un absorbeur de neutrons efficace. En particulier, l'isotope 10B, présent à environ 20 % de son abondance naturelle, a une section efficace nucléaire élevée et peut capter les neutrons thermiques générés par la réaction de fission de l'uranium.
Disque de carbure de bore de qualité nucléaire pour l'absorption des neutrons
