O carburo de boro (B4C) é unha cerámica duradeira composta de boro e carbono. O carburo de boro é unha das substancias máis duras coñecidas, ocupando o terceiro lugar por detrás do nitruro de boro cúbico e do diamante. É un material covalente utilizado nunha variedade de aplicacións cruciais, incluíndo blindaxe de tanques, chalecos antibalas e po de sabotaxe de motores. De feito, é o material preferido para unha variedade de aplicacións industriais. Este artigo ofrece un resumo do carburo de boro e as súas vantaxes.
Que é exactamente o carburo de boro?
O carburo de boro é un composto químico crucial cunha estrutura cristalina típica dos boruros a base de icosaédricos. O composto foi descuberto no século XIX como un subproduto das reaccións de boruros metálicos. Non se sabía que tiña unha fórmula química ata a década de 1930, cando se estimou que a súa composición química era B4C. A cristalografía de raios X da substancia mostra que ten unha estrutura moi complicada formada tanto por cadeas C-B-C como por icosaedros B12.
O carburo de boro posúe unha dureza extrema (9,5-9,75 na escala de Mohs), estabilidade fronte á radiación ionizante, resistencia ás reaccións químicas e excelentes propiedades de protección de neutróns. A dureza de Vickers, o módulo elástico e a tenacidade á fractura do carburo de boro son case os mesmos que os do diamante.
Debido á súa extrema dureza, o carburo de boro tamén se denomina "diamante negro". Tamén se demostrou que posúe propiedades semicondutoras, dominando as súas propiedades electrónicas o transporte de tipo salto. É un semicondutor tipo p. Debido á súa extrema dureza, considérase un material cerámico técnico resistente ao desgaste, polo que é adecuado para procesar outras substancias extremadamente duras. Ademais das súas boas propiedades mecánicas e do seu baixo peso específico, é ideal para fabricar armaduras lixeiras.
Produción de cerámicas de carburo de boro
O po de carburo de boro prodúcese comercialmente mediante fusión (que implica reducir o anhídrido de boro (B2O3) con carbono) ou reacción magnesiotérmica (que implica facer que o anhídrido de boro reaccione co magnesio en presenza de negro de carbón). Na primeira reacción, o produto forma un grumo considerable en forma de ovo no centro da fundición. Este material en forma de ovo extráese, tritúrase e despois mórase ata o tamaño de gran axeitado para o seu uso final.
No caso da reacción magnesiotérmica, obtense directamente Carburo estequiométrico con baixa granularidade, pero ten impurezas, incluíndo ata un 2 % de grafito. Debido a que é un composto inorgánico unido covalentemente, o carburo de boro é difícil de sinterizar sen aplicar calor e presión ao mesmo tempo. Debido a isto, o carburo de boro adoita facerse en formas densas mediante prensado en quente de po finos e puros (2 m) a altas temperaturas (2100-2200 °C) nun baleiro ou atmosfera inerte.
Outro método para producir carburo de boro é a sinterización sen presión a unha temperatura moi elevada (2300–2400 °C), que está preto do punto de fusión do carburo de boro. Para axudar a reducir a temperatura necesaria para a densificación durante este proceso, engádense axudas de sinterización como alúmina, Cr, Co, Ni e vidro á mestura de po.
Aplicacións da cerámica de carburo de boro
O carburo de boro ten moitas aplicacións diferentes.
O carburo de boro úsase como axente abrasivo e lapeado.
O carburo de boro en po é ideal para o seu uso como axente abrasivo e lapeado cunha alta taxa de eliminación de material ao procesar materiais ultraduros.
O carburo de boro emprégase para fabricar boquillas de granallado de cerámica.
O carburo de boro é extremadamente resistente ao desgaste, polo que é un excelente material para chorrear boquillas cando se sinteriza. Incluso cando se usa con axentes abrasivos de granallado extremadamente duroscomo corindón e carburo de silicio, o poder de granallado segue sendo o mesmo, hai un desgaste mínimo e as boquillas son máis duradeiras.
O carburo de boro úsase como material de protección balística.
O carburo de boro proporciona unha protección balística comparable á do aceiro blindado e ao óxido de aluminio, pero cun peso moito menor. Os equipamentos militares modernos caracterízanse por un alto grao de dureza, resistencia á compresión e un alto módulo de elasticidade, ademais dun baixo peso. O carburo de boro é superior a todos os outros materiais alternativos para esta aplicación.
O carburo de boro úsase como absorbente de neutróns.
En enxeñaría, o absorbente de neutróns máis importante é o B10, que se usa como carburo de boro no control do reactor nuclear.
A estrutura atómica do boro fai que sexa un absorbente de neutróns eficaz. En particular, o isótopo 10B, presente ao redor do 20% da súa abundancia natural, ten unha gran sección transversal nuclear e pode captar os neutróns térmicos que se xeran pola reacción de fisión do uranio.
Disco de carburo de boro de grao nuclear para absorción de neutrones
