Բորի կարբիդը (B4C) երկարակյաց կերամիկա է՝ կազմված Բորից և ածխածնից: Բորի կարբիդը հայտնի ամենադժվար նյութերից մեկն է, որը զբաղեցնում է երրորդ տեղը խորանարդ բորի նիտրիդից և ադամանդից հետո: Այն կովալենտ նյութ է, որն օգտագործվում է մի շարք կարևոր կիրառություններում, ներառյալ տանկային զրահները, զրահաբաճկոնները և շարժիչի դիվերսիայի փոշիները: Փաստորեն, դա նախընտրելի նյութ է արդյունաբերական տարբեր կիրառությունների համար: Այս հոդվածը ներկայացնում է բորի կարբիդի և դրա առավելությունների ամփոփագիրը:

Ի՞նչ է կոնկրետ բորի կարբիդը:

Բորի կարբիդը կարևոր քիմիական միացություն է՝ բյուրեղային կառուցվածքով, որը բնորոշ է իկոսաեդրային հիմքով բորիդներին: Միացությունը հայտնաբերվել է տասնիններորդ դարում՝ որպես մետաղական բորիդի ռեակցիաների կողմնակի արտադրանք։ Այն հայտնի չէր քիմիական բանաձևի առկայության մասին մինչև 1930-ական թվականները, երբ նրա քիմիական բաղադրությունը գնահատվում էր B4C: Նյութի ռենտգենյան բյուրեղագրությունը ցույց է տալիս, որ այն ունի շատ բարդ կառուցվածք, որը կազմված է ինչպես C-B-C շղթաներից, այնպես էլ B12 իկոսահեդրից:

Բորի կարբիդն օժտված է ծայրահեղ կարծրությամբ (9,5–9,75 Մոհսի սանդղակով), կայունություն իոնացնող ճառագայթման դեմ, դիմադրություն քիմիական ռեակցիաներին և գերազանց նեյտրոնային պաշտպանիչ հատկություններ։ Vickers-ի կարծրությունը, առաձգական մոդուլը և բորի կարբիդի կոտրվածքի ամրությունը գրեթե նույնն են, ինչ ադամանդի:

Իր ծայրահեղ կարծրության պատճառով բորի կարբիդը կոչվում է նաև «սև ադամանդ»: Ապացուցված է նաև, որ այն օժտված է կիսահաղորդչային հատկություններով, որի էլեկտրոնային հատկությունների վրա գերակշռում է ցատկելու տիպի տրանսպորտը: Այն p տիպի կիսահաղորդիչ է։ Իր ծայրահեղ կարծրության պատճառով այն համարվում է մաշվածության դիմացկուն տեխնիկական կերամիկական նյութ, ինչը պիտանի է դարձնում այլ չափազանց կոշտ նյութերի մշակման համար: Ի լրումն լավ մեխանիկական հատկությունների և ցածր տեսակարար կշռի, այն իդեալական է թեթև զրահ պատրաստելու համար:

Բորի կարբիդային կերամիկայի արտադրություն

Բորի կարբիդի փոշին առևտրային կերպով արտադրվում է կամ միաձուլման միջոցով (որը ներառում է բորի անհիդրիդը (B2O3) ածխածնի հետ նվազեցնելը) կամ մագնեզիոթերմիկ ռեակցիայի միջոցով (որը ներառում է բորի անհիդրիդը մագնեզիումի հետ արձագանքելու պատճառ` ածխածնի սևի առկայության դեպքում): Առաջին ռեակցիայի ժամանակ արտադրանքը ձուլման գործարանի կենտրոնում ձևավորում է զգալի ձվի ձև: Այս ձվի ձևով նյութը արդյունահանվում է, մանրացվում և այնուհետև աղացած մինչև համապատասխան հատիկի չափը վերջնական օգտագործման համար:

Մագնեզիոթերմային ռեակցիայի դեպքում ստոյխիոմետրիկ կարբիդը ցածր հատիկավորությամբ ստացվում է ուղղակիորեն, սակայն այն պարունակում է կեղտեր, այդ թվում՝ մինչև 2% գրաֆիտ։ Քանի որ այն կովալենտային կապով անօրգանական միացություն է, բորի կարբիդը դժվար է սինթեզվել առանց ջերմության և ճնշման միաժամանակյա կիրառման: Դրա պատճառով բորի կարբիդը հաճախ ստանում է խիտ ձևեր՝ տաք սեղմելով նուրբ, մաքուր փոշիները (2 մ) բարձր ջերմաստիճաններում (2100–2200 °C) վակուումային կամ իներտ մթնոլորտում։

Բորի կարբիդի արտադրության մեկ այլ մեթոդ առանց ճնշման սինթրումն է շատ բարձր ջերմաստիճանում (2300–2400 °C), որը մոտ է բորի կարբիդի հալման կետին: Այս գործընթացի ընթացքում խտացման համար պահանջվող ջերմաստիճանը նվազեցնելու համար փոշու խառնուրդին ավելացվում են սինթերման միջոցներ, ինչպիսիք են կավահողը, Cr, Co, Ni և ապակի:

Բորի կարբիդի կերամիկայի կիրառությունները

Բորի կարբիդը շատ տարբեր կիրառություններ ունի:

Բորային կարբիդը օգտագործվում է որպես փաթաթող և հղկող նյութ:

Փոշու տեսքով բորի կարբիդը իդեալականորեն պիտանի է որպես հղկող և փաթաթող նյութ օգտագործելու համար՝ նյութի հեռացման բարձր արագությամբ, ծայրահեղ կոշտ նյութեր մշակելիս:

Բորի կարբիդն օգտագործվում է կերամիկական պայթեցման վարդակներ պատրաստելու համար:

Բորի կարբիդը չափազանց դիմացկուն է մաշվածության նկատմամբ, ինչը այն դարձնում է հիանալի նյութ վարդակները պայթեցնելու համար, երբ այն սինթրես է: Նույնիսկ երբ օգտագործվում է չափազանց կոշտ հղկող պայթեցման նյութերի հետինչպիսիք են կորունդը և սիլիցիումի կարբիդը, պայթեցման հզորությունը մնում է նույնը, կա նվազագույն մաշվածություն, իսկ վարդակները ավելի դիմացկուն են:

Բորի կարբիդը օգտագործվում է որպես բալիստիկ պաշտպանության նյութ:

Բորի կարբիդը ապահովում է զրահապատ պողպատի և ալյումինի օքսիդի համեմատելի բալիստիկ պաշտպանություն, բայց շատ ավելի ցածր քաշով: Ժամանակակից ռազմական տեխնիկան, ի լրումն ցածր քաշի, բնութագրվում է կարծրության բարձր աստիճանով, սեղմման ուժով և առաձգականության բարձր մոդուլով: Boron Carbide-ը գերազանցում է այս հավելվածի այլ այլընտրանքային նյութերին:

Բորի կարբիդը օգտագործվում է որպես նեյտրոնների կլանիչ:

Ճարտարագիտության մեջ ամենակարևոր նեյտրոնային կլանիչը B10-ն է, որն օգտագործվում է որպես բորի կարբիդ միջուկային ռեակտորի կառավարման մեջ:

Բորի ատոմային կառուցվածքը այն դարձնում է արդյունավետ նեյտրոնային կլանիչ։ Մասնավորապես, 10B իզոտոպը, որն առկա է իր բնական առատության մոտ 20%-ում, ունի միջուկային բարձր խաչմերուկ և կարող է գրավել ջերմային նեյտրոնները, որոնք առաջանում են ուրանի տրոհման ռեակցիայի արդյունքում:

Նեյտրոնների կլանման միջուկային կարգի բորի կարբիդի սկավառակ