Бор карбид (B4C) е издржлива керамика составена од бор и јаглерод. Бор карбидот е една од најтврдите супстанции познати, рангирана на третото место зад кубен бор нитрид и дијамант. Тоа е ковалентен материјал кој се користи во различни клучни примени, вклучувајќи оклоп на тенкови, елеци отпорни на куршуми и пудра за саботажа на моторот. Всушност, тој е најпосакуваниот материјал за различни индустриски апликации. Оваа статија дава резиме на бор карбид и неговите предности.

Што точно е бор карбид?

Бор карбид е клучно хемиско соединение со кристална структура типична за боридите базирани на икозаедра. Соединението е откриено во деветнаесеттиот век како нуспроизвод на реакции на метал борид. Не беше познато дека има хемиска формула до 1930-тите, кога се проценуваше дека неговиот хемиски состав е B4C. Рендгенската кристалографија на супстанцијата покажува дека таа има многу комплицирана структура составена од синџири C-B-C и B12 икозаедри.

Бор карбид поседува екстремна цврстина (9,5-9,75 на скалата Мохс), стабилност против јонизирачко зрачење, отпорност на хемиски реакции и одлични својства на неутронска заштита. Викерсовата цврстина, еластичниот модул и цврстината на фрактура на борниот карбид се речиси исти како оние на дијамантот.

Поради неговата екстремна цврстина, борниот карбид се нарекува и „црн дијамант“. Исто така, се покажа дека поседува полупроводнички својства, при што транспортот од типот на скокање доминира во неговите електронски својства. Тој е полупроводник од типот p. Поради својата екстремна цврстина, се смета за технички керамички материјал отпорен на абење, што го прави погоден за обработка на други екстремно тврди материи. Покрај добрите механички својства и малата специфична тежина, тој е идеален за правење лесен оклоп.

Производство на керамика бор карбид

Прашокот од бор карбид комерцијално се произведува или преку фузија (што вклучува намалување на анхидрид на бор (B2O3) со јаглерод) или магнезиотермичка реакција (која вклучува предизвикување на борниот анхидрид да реагира со магнезиум во присуство на саѓи). Во првата реакција, производот формира голема грутка во облик на јајце во центарот на топилницата. Овој материјал во облик на јајце се вади, се дроби и потоа се мелат до соодветната големина на зрно за конечна употреба.

Во случај на магнезиотермичка реакција, директно се добива стехиометриски карбид со мала грануларност, но има нечистотии, вклучително и до 2% графит. Бидејќи е ковалентно врзано неорганско соединение, борниот карбид тешко се синтерува без истовремено да се примени топлина и притисок. Поради ова, борниот карбид често се добива во густи форми со топло притискање фини, чисти прашоци (2 m) на високи температури (2100–2200 °C) во вакуум или инертна атмосфера.

Друг метод за производство на бор карбид е синтерување без притисок на многу висока температура (2300–2400 °C), што е блиску до точката на топење на бор карбид. За да се намали температурата потребна за згуснување за време на овој процес, во смесата во прав се додаваат средства за синтерување како што се алумина, Cr, Co, Ni и стакло.

Апликации на керамика со бор карбид

Бор карбид има многу различни апликации.

Бор карбид се користи како премачкување и абразивно средство.

Бор карбид во форма на прав е идеално погоден за употреба како абразивно средство и средство за преклопување со висока стапка на отстранување на материјалот при обработка на ултра-тврди материјали.

Бор карбид се користи за производство на керамички млазници за минирање.

Бор карбидот е исклучително отпорен на абење, што го прави одличен материјал за минирање на млазниците при синтерување. Дури и кога се користи со екстремно тврди абразивни средства за минирањекако што се корунд и силициум карбид, моќта на минирање останува иста, има минимално абење, а прскалките се поиздржливи.

Бор карбид се користи како балистичка заштита.

Бор карбид обезбедува споредлива балистичка заштита со онаа на оклопниот челик и алуминиум оксид, но со многу помала тежина. Современата воена опрема се карактеризира со висок степен на цврстина, цврстина на притисок и висок модул на еластичност, покрај малата тежина. Бор карбид е супериорен во однос на сите други алтернативни материјали за оваа апликација.

Бор карбид се користи како апсорбер на неутрони.

Во инженерството, најважниот апсорбер на неутрони е B10, кој се користи како бор карбид во контролата на нуклеарниот реактор.

Атомската структура на борот го прави ефикасен апсорбер на неутрони. Особено, изотопот 10B, присутен во околу 20% од неговото природно изобилство, има висок нуклеарен пресек и може да ги фати термалните неутрони што се генерираат од реакцијата на фисија на ураниумот.

Нуклеарно одделение бор карбид диск за апсорпција на неутрони