બોરોન કાર્બાઈડ (B4C) એ બોરોન અને કાર્બનથી બનેલું ટકાઉ સિરામિક છે. બોરોન કાર્બાઇડ એ જાણીતું સૌથી સખત પદાર્થ છે, જે ક્યુબિક બોરોન નાઇટ્રાઇડ અને હીરાની પાછળ ત્રીજા ક્રમે છે. તે એક સહસંયોજક સામગ્રી છે જેનો ઉપયોગ વિવિધ નિર્ણાયક કાર્યક્રમોમાં થાય છે, જેમાં ટાંકી બખ્તર, બુલેટપ્રૂફ વેસ્ટ અને એન્જિન તોડફોડ પાવડરનો સમાવેશ થાય છે. વાસ્તવમાં, તે વિવિધ ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમો માટે પસંદગીની સામગ્રી છે. આ લેખ બોરોન કાર્બાઇડ અને તેના ફાયદાઓનો સારાંશ આપે છે.

બોરોન કાર્બાઇડ બરાબર શું છે?

બોરોન કાર્બાઇડ એ એક નિર્ણાયક રાસાયણિક સંયોજન છે જેનું સ્ફટિક માળખું આઇકોસહેડ્રલ-આધારિત બોરાઇડ્સની લાક્ષણિકતા છે. આ સંયોજન ઓગણીસમી સદીમાં મેટલ બોરાઇડ પ્રતિક્રિયાઓના આડપેદાશ તરીકે શોધાયું હતું. તે 1930 ના દાયકા સુધી રાસાયણિક ફોર્મ્યુલા હોવાનું જાણીતું ન હતું, જ્યારે તેની રાસાયણિક રચના B4C હોવાનો અંદાજ હતો. પદાર્થની એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફી બતાવે છે કે તે C-B-C સાંકળો અને B12 આઇકોસાહેડ્રા બંનેથી બનેલું ખૂબ જ જટિલ માળખું ધરાવે છે.

બોરોન કાર્બાઈડ અત્યંત કઠિનતા ધરાવે છે (મોહસ સ્કેલ પર 9.5-9.75), આયનાઇઝિંગ રેડિયેશન સામે સ્થિરતા, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ સામે પ્રતિકાર અને ઉત્તમ ન્યુટ્રોન રક્ષણ ગુણધર્મો ધરાવે છે. વિકર્સ કઠિનતા, સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને બોરોન કાર્બાઇડની અસ્થિભંગની કઠિનતા લગભગ હીરાની સમાન છે.

તેની અત્યંત કઠિનતાને કારણે, બોરોન કાર્બાઈડને "બ્લેક ડાયમંડ" તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. તે સેમિકન્ડક્ટીંગ પ્રોપર્ટીઝ ધરાવે છે તેવું પણ દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જેમાં હોપિંગ-ટાઈપ ટ્રાન્સપોર્ટ તેના ઈલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. તે પી-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર છે. તેની આત્યંતિક કઠિનતાને કારણે, તેને વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક તકનીકી સિરામિક સામગ્રી ગણવામાં આવે છે, જે તેને અન્ય અત્યંત સખત પદાર્થોની પ્રક્રિયા કરવા માટે અનુકૂળ બનાવે છે. તેના સારા યાંત્રિક ગુણધર્મો અને ઓછી ચોક્કસ ગુરુત્વાકર્ષણ ઉપરાંત, તે હળવા વજનના બખ્તર બનાવવા માટે આદર્શ છે.

બોરોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સનું ઉત્પાદન

બોરોન કાર્બાઇડ પાઉડર વ્યાપારી રીતે ક્યાં તો ફ્યુઝન (જેમાં કાર્બન સાથે બોરોન એનહાઇડ્રાઇડ (B2O3) ઘટાડવાનો સમાવેશ થાય છે) અથવા મેગ્નેસિઓથર્મિક પ્રતિક્રિયા (જેમાં બોરોન એનહાઇડ્રેડને કાર્બન બ્લેકની હાજરીમાં મેગ્નેશિયમ સાથે પ્રતિક્રિયા આપવાનો સમાવેશ થાય છે) દ્વારા ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે. પ્રથમ પ્રતિક્રિયામાં, ઉત્પાદન સ્મેલ્ટરના કેન્દ્રમાં મોટા ઇંડા આકારના ગઠ્ઠો બનાવે છે. આ ઈંડાના આકારની સામગ્રીને કાઢવામાં આવે છે, કચડી નાખવામાં આવે છે અને પછી અંતિમ ઉપયોગ માટે યોગ્ય અનાજના કદમાં મિલ્ડ કરવામાં આવે છે.

મેગ્નેસિઓથર્મિક પ્રતિક્રિયાના કિસ્સામાં, નીચી ગ્રેન્યુલારિટી સાથે સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક કાર્બાઇડ સીધી રીતે મેળવવામાં આવે છે, પરંતુ તેમાં 2% ગ્રેફાઇટ સહિતની અશુદ્ધિઓ હોય છે. કારણ કે તે સહસંયોજક રીતે બંધાયેલ અકાર્બનિક સંયોજન છે, બોરોન કાર્બાઈડને એકસાથે ગરમી અને દબાણ લાગુ કર્યા વિના સિન્ટર કરવું મુશ્કેલ છે. આને કારણે, બોરોન કાર્બાઇડને શૂન્યાવકાશ અથવા નિષ્ક્રિય વાતાવરણમાં ઊંચા તાપમાને (2100-2200 °C) ગરમ પાઉડર (2 મીટર) ને ગરમ દબાવીને ઘન આકારમાં બનાવવામાં આવે છે.

બોરોન કાર્બાઈડ ઉત્પન્ન કરવાની બીજી પદ્ધતિ એ ખૂબ ઊંચા તાપમાને (2300–2400 °C) દબાણ રહિત સિન્ટરિંગ છે, જે બોરોન કાર્બાઈડના ગલનબિંદુની નજીક છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઘનતા માટે જરૂરી તાપમાન ઘટાડવામાં મદદ કરવા માટે, પાવડર મિશ્રણમાં એલ્યુમિના, Cr, Co, Ni અને કાચ જેવા સિન્ટરિંગ સહાયકો ઉમેરવામાં આવે છે.

બોરોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સની એપ્લિકેશન

બોરોન કાર્બાઇડની ઘણી અલગ એપ્લિકેશન છે.

બોરોન કાર્બાઇડનો ઉપયોગ લેપિંગ અને ઘર્ષક એજન્ટ તરીકે થાય છે.

પાઉડર સ્વરૂપમાં બોરોન કાર્બાઇડ અતિ-સખત સામગ્રીની પ્રક્રિયા કરતી વખતે સામગ્રીને દૂર કરવાના ઊંચા દર સાથે ઘર્ષક અને લેપિંગ એજન્ટ તરીકે ઉપયોગ માટે આદર્શ રીતે અનુકૂળ છે.

બોરોન કાર્બાઇડનો ઉપયોગ સિરામિક બ્લાસ્ટિંગ નોઝલ બનાવવા માટે થાય છે.

બોરોન કાર્બાઇડ પહેરવા માટે અત્યંત પ્રતિરોધક છે, જ્યારે તેને સિન્ટર કરવામાં આવે ત્યારે બ્લાસ્ટિંગ નોઝલ માટે ઉત્તમ સામગ્રી બનાવે છે. અત્યંત સખત ઘર્ષક બ્લાસ્ટિંગ એજન્ટો સાથે ઉપયોગમાં લેવાય ત્યારે પણજેમ કે કોરન્ડમ અને સિલિકોન કાર્બાઇડ, બ્લાસ્ટિંગ પાવર એ જ રહે છે, ન્યૂનતમ વસ્ત્રો હોય છે અને નોઝલ વધુ ટકાઉ હોય છે.

બોરોન કાર્બાઇડનો ઉપયોગ બેલિસ્ટિક સંરક્ષણ સામગ્રી તરીકે થાય છે.

બોરોન કાર્બાઈડ બખ્તરબંધ સ્ટીલ અને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઈડની સરખામણીમાં બેલેસ્ટિક રક્ષણ પૂરું પાડે છે પરંતુ વજન ઘણું ઓછું છે. આધુનિક લશ્કરી સાધનો ઓછા વજન ઉપરાંત ઉચ્ચ કઠિનતા, સંકુચિત શક્તિ અને સ્થિતિસ્થાપકતાના ઉચ્ચ મોડ્યુલસ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. બોરોન કાર્બાઇડ આ એપ્લિકેશન માટે અન્ય તમામ વૈકલ્પિક સામગ્રીઓ કરતાં શ્રેષ્ઠ છે.

બોરોન કાર્બાઈડનો ઉપયોગ ન્યુટ્રોન શોષક તરીકે થાય છે.

એન્જિનિયરિંગમાં, સૌથી મહત્વપૂર્ણ ન્યુટ્રોન શોષક B10 છે, જેનો ઉપયોગ પરમાણુ રિએક્ટર નિયંત્રણમાં બોરોન કાર્બાઇડ તરીકે થાય છે.

બોરોનનું અણુ માળખું તેને અસરકારક ન્યુટ્રોન શોષક બનાવે છે. ખાસ કરીને, 10B આઇસોટોપ, તેની પ્રાકૃતિક વિપુલતાના લગભગ 20%માં હાજર છે, તેમાં ઉચ્ચ પરમાણુ ક્રોસ-સેક્શન છે અને તે થર્મલ ન્યુટ્રોનને પકડી શકે છે જે યુરેનિયમની વિચ્છેદન પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.

ન્યુટ્રોન શોષણ માટે ન્યુક્લિયર ગ્રેડ બોરોન કાર્બાઇડ ડિસ્ક