탄화붕소(B4C)는 붕소와 탄소로 구성된 내구성 있는 세라믹입니다. 탄화붕소는 알려진 가장 단단한 물질 중 하나로 입방체 질화붕소와 다이아몬드 다음으로 세 번째입니다. 탱크 갑옷, 방탄조끼, 엔진 사보타지 분말 등 다양한 중요 응용 분야에 사용되는 공유 결합 물질입니다. 실제로 다양한 산업 분야에서 선호되는 소재입니다. 이 기사에서는 보론 카바이드와 그 이점에 대해 요약합니다.
붕소 카바이드가 정확히 무엇인가요?
탄화붕소는 정20면체 기반 붕소화물의 전형적인 결정 구조를 가진 중요한 화합물입니다. 이 화합물은 금속 붕화물 반응의 부산물로 19세기에 발견되었습니다. 화학 조성이 B4C로 추정된 1930년대까지 화학식을 갖는 것으로 알려지지 않았습니다. 물질의 X선 결정학은 C-B-C 사슬과 B12 20면체로 구성된 매우 복잡한 구조를 가지고 있음을 보여줍니다.
탄화붕소는 극도의 경도(모스 척도에서 9.5–9.75), 이온화 방사선에 대한 안정성, 화학 반응에 대한 저항성 및 우수한 중성자 차폐 특성을 가지고 있습니다. 탄화붕소의 비커스 경도, 탄성 계수 및 파괴 인성은 다이아몬드와 거의 동일합니다.
경도가 매우 높기 때문에 탄화붕소는 '검은 다이아몬드'라고도 합니다. 또한 전자 특성을 지배하는 호핑 유형 전송과 함께 반도체 특성을 보유하는 것으로 나타났습니다. p형 반도체입니다. 경도가 매우 높기 때문에 내마모성 기술 세라믹 소재로 간주되어 매우 단단한 다른 물질을 가공하는 데 적합합니다. 우수한 기계적 성질과 낮은 비중 외에도 가벼운 갑옷을 만드는 데 이상적입니다.
탄화붕소 세라믹 생산
탄화붕소 분말은 융합(탄소로 무수붕소(B2O3)을 환원시키는 것을 포함함) 또는 마그네슘열 반응(카본 블랙이 있는 상태에서 무수붕소를 마그네슘과 반응시키는 것을 포함함)을 통해 상업적으로 생산됩니다. 첫 번째 반응에서 제품은 제련소 중앙에 상당한 달걀 모양의 덩어리를 형성합니다. 이 계란 모양의 재료를 추출하고 분쇄한 다음 최종 사용을 위해 적절한 입자 크기로 분쇄합니다.
자기열 반응의 경우 입도가 낮은 화학양론적 탄화물을 직접 얻지만 최대 2%의 흑연을 포함하는 불순물이 있습니다. 공유 결합된 무기 화합물이기 때문에 탄화붕소는 열과 압력을 동시에 가하지 않고서는 소결하기 어렵습니다. 이 때문에 탄화붕소는 종종 진공 또는 불활성 분위기의 고온(2100~2200°C)에서 미세하고 순수한 분말(2m)을 열간 압착하여 조밀한 형태로 만듭니다.
탄화붕소를 생산하는 또 다른 방법은 탄화붕소의 녹는점에 가까운 매우 높은 온도(2300–2400 °C)에서 압력 없이 소결하는 것입니다. 이 공정 중 치밀화에 필요한 온도를 낮추기 위해 알루미나, Cr, Co, Ni 및 유리와 같은 소결 보조제가 분말 혼합물에 추가됩니다.
붕소 탄화물 세라믹의 응용
Boron Carbide는 다양한 용도로 사용됩니다.
보론 카바이드는 래핑 및 연마제로 사용됩니다.
분말 형태의 탄화붕소는 초경질 재료를 가공할 때 재료 제거율이 높은 연마제 및 래핑제로 사용하기에 이상적입니다.
탄화붕소는 세라믹 분사 노즐을 제조하는 데 사용됩니다.
탄화붕소는 내마모성이 매우 뛰어나 소결 시 노즐 분사에 탁월한 소재입니다. 매우 단단한 연마제 발파제와 함께 사용하는 경우에도커런덤 및 실리콘 카바이드와 같은 분사력은 동일하게 유지되고 마모가 최소화되며 노즐의 내구성이 향상됩니다.
탄화붕소는 탄도 보호 재료로 사용됩니다.
탄화붕소는 장갑 강철 및 산화알루미늄과 비슷한 수준의 탄도 보호 기능을 제공하지만 무게는 훨씬 가볍습니다. 현대 군사 장비는 가벼운 무게 외에도 높은 경도, 압축 강도 및 높은 탄성 계수가 특징입니다. Boron Carbide는 이 응용 분야의 다른 모든 대체 소재보다 우수합니다.
탄화붕소는 중성자 흡수제로 사용됩니다.
공학에서 가장 중요한 중성자 흡수체는 원자로 제어에서 탄화붕소로 사용되는 B10입니다.
붕소의 원자 구조는 효과적인 중성자 흡수체입니다. 특히 자연 존재비의 약 20%에 달하는 10B 동위원소는 핵단면적이 높아 우라늄의 핵분열 반응으로 생성되는 열중성자를 포획할 수 있다.
중성자 흡수를 위한 핵 급료 붕소 탄화물 원판
