Бор карбиді (B4C) — бор және көміртектен тұратын берік керамика. Бор карбиді  белгілі ең қатты заттардың бірі, текше бор нитриді мен алмаздан кейін үшінші орында. Бұл әртүрлі маңызды қолданбаларда, соның ішінде танк сауытында, оқ өткізбейтін кеудешелерде және қозғалтқыштың диверсиялық ұнтақтарында қолданылатын ковалентті материал. Шын мәнінде, бұл әртүрлі өнеркәсіптік қолданбалар үшін қолайлы материал. Бұл мақалада бор карбиді және оның артықшылықтары туралы қысқаша мәлімет берілген.

Бор карбиді дегеніміз не?

Бор карбиді   икозаэдр негізіндегі боридтерге тән кристалдық құрылымы бар маңызды химиялық қосылыс. Бұл қосылыс ХІХ ғасырда металл борид реакцияларының жанама өнімі ретінде табылған. Оның химиялық формуласы 1930 жылдарға дейін белгілі болған жоқ, оның химиялық құрамы B4C деп бағаланған. Заттың рентгендік кристаллографиясы оның C-B-C тізбегінен де, В12 икосаэдрінен де тұратын өте күрделі құрылымға ие екенін көрсетеді.

Бор карбид өте қаттылыққа (Mohs шкаласы бойынша 9,5–9,75), иондаушы сәулеленуге тұрақтылыққа, химиялық реакцияларға төзімділікке және тамаша нейтрондарды қорғайтын қасиеттерге ие. Бор карбидінің Викерс қаттылығы, серпімділік модулі және сыну беріктігі алмаздың қаттылығымен бірдей.

Өте қаттылығына байланысты бор карбиді «қара алмас» деп те аталады. Оның жартылай өткізгіштік қасиеті бар екені, оның электронды қасиеттеріне секіру түріндегі тасымалдау басым болатыны да көрсетілді. Бұл p-типті жартылай өткізгіш. Өте қаттылығына байланысты ол тозуға төзімді техникалық керамикалық материал болып саналады, сондықтан оны басқа өте қатты заттарды өңдеуге қолайлы етеді. Жақсы механикалық қасиеттері мен төмен салыстырмалы ауырлығынан басқа, ол жеңіл бронь жасау үшін өте қолайлы.

Бор карбидті керамика өндірісі

Бор карбиді ұнтағы коммерциялық түрде балқыту (бұл бор ангидридін (B2O3) көміртегімен тотықсыздандыруды қамтиды) немесе магнезиотермиялық реакция (бұл көміртегі қарасының қатысуымен бор ангидридінің магниймен әрекеттесуі) арқылы өндіріледі. Бірінші реакцияда өнім балқытушының ортасында ірі жұмыртқа тәрізді кесек түзеді. Бұл жұмыртқа тәріздес материалды экстракциялайды, ұсақтайды, содан кейін түпкілікті пайдалану үшін тиісті дән өлшеміне дейін ұнтақтайды.

Магнезиотермиялық реакция жағдайында түйіршіктілігі төмен стехиометриялық карбид тікелей алынады, бірақ оның қоспалары бар, оның ішінде 2% графитке дейін. Бұл ковалентті байланысқан бейорганикалық қосылыс болғандықтан, бор карбиді бір уақытта жылу мен қысымды қолданбай күйдірілуі қиын. Осыған байланысты бор карбиді көбінесе ұсақ, таза ұнтақтарды (2 м) жоғары температурада (2100–2200 °C) вакуумда немесе инертті атмосферада ыстық престеу арқылы тығыз пішіндер жасайды.

Бор карбидін алудың тағы бір әдісі өте жоғары температурада (2300–2400 °C) қысымсыз агломерациялау болып табылады, бұл бор карбидінің балқу температурасына жақын. Бұл процесс кезінде тығыздауға қажетті температураны төмендетуге көмектесу үшін ұнтақ қоспасына алюминий тотығы, Cr, Co, Ni және шыны сияқты агломерациялық көмекші заттар қосылады.

Бор карбид керамикасының қолданылуы

Бор карбидінің көптеген түрлі қолданбалары бар.

Бор карбиді жағу және абразивті агент ретінде пайдаланылады.

Ұнтақ түріндегі бор карбиді ультра қатты материалдарды өңдеу кезінде материалды кетірудің жоғары жылдамдығымен абразивті және сырлау агенті ретінде пайдалануға өте қолайлы.

Бор карбиді керамикалық жару саптамаларын өндіру үшін қолданылады.

Бор карбиді тозуға өте төзімді, бұл оны агломерация кезінде саптамаларды жару үшін тамаша материал етеді. Тіпті өте қатты абразивті жарылыс агенттерімен бірге қолданылғандакорунд және кремний карбиді сияқты жарылыс күші өзгеріссіз қалады, аз тозу бар және саптамалар берік.

Бор карбиді баллистикалық қорғаныс материалы ретінде пайдаланылады.

Бор карбиді брондалған болат пен алюминий тотығымен салыстырылатын баллистикалық қорғанысты қамтамасыз етеді, бірақ салмағы әлдеқайда төмен. Заманауи әскери техника төмен салмақтан басқа қаттылықтың жоғары дәрежесімен, сығымдауға беріктігімен және серпімділіктің жоғары модулімен сипатталады. Бор карбиді осы қолданбаға арналған барлық басқа балама материалдардан жоғары.

Бор карбиді нейтронды сіңіргіш ретінде қолданылады.

Инженерлікте ең маңызды нейтронды сіңіргіш  B10 болып табылады, ол ядролық реакторларды басқаруда бор карбиді ретінде пайдаланылады.

Бордың атомдық құрылымы оны тиімді нейтронды сіңіргіш етеді. Атап айтқанда, оның табиғи молшылығының шамамен 20% болатын 10B изотопы жоғары ядролық қимаға ие және уранның бөліну реакциясы нәтижесінде пайда болатын термиялық нейтрондарды ұстай алады.

Нейтронды сіңіруге арналған ядролық дәрежелі бор карбиді дискі