बोरोन कार्बाइड (B4C) बोरोन और कार्बन से बना एक टिकाऊ सिरेमिक है। बोरॉन कार्बाइड ज्ञात सबसे कठोर पदार्थों में से एक है, जो क्यूबिक बोरान नाइट्राइड और हीरे के बाद तीसरे स्थान पर है। यह एक सहसंयोजक सामग्री है जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिसमें टैंक कवच, बुलेटप्रूफ वेस्ट और इंजन सैबोटेज पाउडर शामिल हैं। वास्तव में, यह विभिन्न प्रकार के औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए पसंदीदा सामग्री है। यह लेख बोरॉन कार्बाइड और इसके लाभों का सारांश प्रदान करता है।

बोरॉन कार्बाइड वास्तव में क्या है?

बोरॉन कार्बाइड आइकोसाहेड्रल-आधारित बोराइड्स की विशिष्ट क्रिस्टल संरचना वाला एक महत्वपूर्ण रासायनिक यौगिक है। यौगिक उन्नीसवीं शताब्दी में धातु बोराइड प्रतिक्रियाओं के उप-उत्पाद के रूप में खोजा गया था। 1930 के दशक तक इसका रासायनिक सूत्र ज्ञात नहीं था, जब इसकी रासायनिक संरचना B4C होने का अनुमान लगाया गया था। पदार्थ के एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी से पता चलता है कि इसकी एक बहुत ही जटिल संरचना है जो सी-बी-सी चेन और बी 12 आईकोसाहेड्रा दोनों से बनी है।

बोरॉन कार्बाइड में अत्यधिक कठोरता (मोह्स पैमाने पर 9.5–9.75), आयनीकरण विकिरण के खिलाफ स्थिरता, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रतिरोध और उत्कृष्ट न्यूट्रॉन परिरक्षण गुण होते हैं। विकर्स कठोरता, लोचदार मापांक, और बोरॉन कार्बाइड की फ्रैक्चर कठोरता लगभग हीरे के समान होती है।

इसकी अत्यधिक कठोरता के कारण, बोरोन कार्बाइड को "काला हीरा" भी कहा जाता है। यह अर्धचालक गुणों को भी दिखाया गया है, इसके इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर होपिंग-प्रकार के परिवहन का प्रभुत्व है। यह एक पी-टाइप सेमीकंडक्टर है। इसकी अत्यधिक कठोरता के कारण, इसे पहनने के लिए प्रतिरोधी तकनीकी सिरेमिक सामग्री माना जाता है, जो इसे अन्य अत्यंत कठोर पदार्थों के प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त बनाता है। इसके अच्छे यांत्रिक गुणों और कम विशिष्ट गुरुत्व के अलावा, यह हल्के कवच बनाने के लिए आदर्श है।

बोरॉन कार्बाइड सिरेमिक का उत्पादन

बोरॉन कार्बाइड पाउडर व्यावसायिक रूप से या तो संलयन (जिसमें कार्बन के साथ बोरोन एनहाइड्राइड (B2O3) को कम करना शामिल है) या मैग्नेशियोथर्मिक प्रतिक्रिया (जिसमें कार्बन ब्लैक की उपस्थिति में मैग्नीशियम के साथ बोरान एनहाइड्राइड प्रतिक्रिया करना शामिल है) के माध्यम से उत्पादित किया जाता है। पहली प्रतिक्रिया में, उत्पाद स्मेल्टर के केंद्र में एक बड़े अंडे के आकार का गांठ बनाता है। अंडे के आकार की इस सामग्री को निकाला जाता है, कुचला जाता है, और फिर अंतिम उपयोग के लिए उपयुक्त दाने के आकार में पिसा जाता है।

मैग्नेशियोथर्मिक प्रतिक्रिया के मामले में, कम ग्रैन्युलैरिटी वाला स्टोइकोमेट्रिक कार्बाइड सीधे प्राप्त होता है, लेकिन इसमें 2% ग्रेफाइट सहित अशुद्धियाँ होती हैं। क्योंकि यह एक सहसंयोजक बंधित अकार्बनिक यौगिक है, बोरोन कार्बाइड बिना गर्मी और दबाव के एक साथ सिंटर करना मुश्किल है। इस वजह से, बोरान कार्बाइड को अक्सर निर्वात या निष्क्रिय वातावरण में उच्च तापमान (2100–2200 डिग्री सेल्सियस) पर गर्म करके महीन, शुद्ध पाउडर (2 मीटर) दबाकर घने आकार में बनाया जाता है।

बोरॉन कार्बाइड का उत्पादन करने की एक अन्य विधि बहुत उच्च तापमान (2300–2400 डिग्री सेल्सियस) पर दबाव रहित सिंटरिंग है, जो बोरान कार्बाइड के गलनांक के करीब है। इस प्रक्रिया के दौरान घनत्व के लिए आवश्यक तापमान को कम करने में मदद के लिए, एल्यूमिना, Cr, Co, Ni, और ग्लास जैसे सिंटरिंग एड्स पाउडर मिश्रण में जोड़े जाते हैं।

बोरॉन कार्बाइड सिरेमिक के अनुप्रयोग

बोरॉन कार्बाइड के कई अलग-अलग अनुप्रयोग हैं।

बोरोन कार्बाइड का उपयोग लैपिंग और अपघर्षक एजेंट के रूप में किया जाता है।

पाउडर के रूप में बोरान कार्बाइड एक अपघर्षक और लैपिंग एजेंट के रूप में उपयोग के लिए आदर्श रूप से अनुकूल है, जब अल्ट्रा-हार्ड सामग्रियों को संसाधित करते समय सामग्री को हटाने की उच्च दर होती है।

बोरोन कार्बाइड का उपयोग सिरेमिक ब्लास्टिंग नोज़ल बनाने के लिए किया जाता है।

बोरॉन कार्बाइड घिसन के प्रति अत्यंत प्रतिरोधी है, जो इसे निसादित करने पर नोज़ल को नष्ट करने के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री बनाता है। यहां तक कि जब अत्यधिक कठोर अपघर्षक ब्लास्टिंग एजेंटों के साथ प्रयोग किया जाता हैजैसे कि कोरंडम और सिलिकॉन कार्बाइड, ब्लास्टिंग पावर समान रहती है, कम से कम घिसाव होता है, और नोजल अधिक टिकाऊ होते हैं।

बोरोन कार्बाइड का उपयोग बैलिस्टिक सुरक्षा सामग्री के रूप में किया जाता है।

बोरॉन कार्बाइड बख़्तरबंद स्टील और एल्यूमीनियम ऑक्साइड की तुलना में बैलिस्टिक सुरक्षा प्रदान करता है लेकिन बहुत कम वजन पर। कम वजन के अलावा, आधुनिक सैन्य उपकरणों की विशेषता उच्च स्तर की कठोरता, संपीड़न शक्ति और लोच का एक उच्च मापांक है। बोरोन कार्बाइड इस एप्लिकेशन के लिए अन्य सभी वैकल्पिक सामग्रियों से बेहतर है।

बोरोन कार्बाइड का उपयोग न्यूट्रॉन अवशोषक के रूप में किया जाता है।

इंजीनियरिंग में, सबसे महत्वपूर्ण न्यूट्रॉन अवशोषक B10 है, जिसका उपयोग परमाणु रिएक्टर नियंत्रण में बोरॉन कार्बाइड के रूप में किया जाता है।

बोरॉन की परमाणु संरचना इसे एक प्रभावी न्यूट्रॉन अवशोषक बनाती है। विशेष रूप से, 10बी आइसोटोप, इसकी प्राकृतिक बहुतायत के लगभग 20% में मौजूद है, एक उच्च परमाणु क्रॉस-सेक्शन है और यूरेनियम की विखंडन प्रतिक्रिया से उत्पन्न थर्मल न्यूट्रॉन को पकड़ सकता है।

न्यूट्रॉन अवशोषण के लिए परमाणु ग्रेड बोरॉन कार्बाइड डिस्क