ബോറോൺ കാർബൈഡ് (B4C) ബോറോണും കാർബണും ചേർന്ന ഒരു മോടിയുള്ള സെറാമിക് ആണ്. അറിയപ്പെടുന്ന ഏറ്റവും കാഠിന്യമുള്ള പദാർത്ഥങ്ങളിലൊന്നാണ് ബോറോൺ കാർബൈഡ്, ക്യൂബിക് ബോറോൺ നൈട്രൈഡിനും ഡയമണ്ടിനും പിന്നിൽ മൂന്നാം സ്ഥാനത്താണ്. ടാങ്ക് കവചം, ബുള്ളറ്റ് പ്രൂഫ് വസ്ത്രങ്ങൾ, എഞ്ചിൻ അട്ടിമറി പൊടികൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ നിർണായക ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു കോവാലന്റ് മെറ്റീരിയലാണിത്. വാസ്തവത്തിൽ, വൈവിധ്യമാർന്ന വ്യാവസായിക പ്രയോഗങ്ങൾക്കുള്ള മുൻഗണനയുള്ള മെറ്റീരിയലാണിത്. ഈ ലേഖനം ബോറോൺ കാർബൈഡിന്റെയും അതിന്റെ ഗുണങ്ങളുടെയും ഒരു സംഗ്രഹം നൽകുന്നു.

കൃത്യമായി എന്താണ് ബോറോൺ കാർബൈഡ്?

ഐക്കോസഹെഡ്രൽ അധിഷ്ഠിത ബോറൈഡുകൾക്ക് സമാനമായ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയുള്ള ഒരു നിർണായക രാസ സംയുക്തമാണ് ബോറോൺ കാർബൈഡ്. ലോഹ ബോറൈഡ് പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ ഉപോൽപ്പന്നമായി പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ഈ സംയുക്തം കണ്ടെത്തി. 1930-കൾ വരെ ഇതിന് ഒരു രാസ സൂത്രവാക്യം ഉണ്ടെന്ന് അറിയില്ലായിരുന്നു, അതിന്റെ രാസഘടന B4C ആണെന്ന് കണക്കാക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. പദാർത്ഥത്തിന്റെ എക്സ്-റേ ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫി കാണിക്കുന്നത് ഇതിന് സി-ബി-സി ചെയിനുകളും ബി 12 ഐക്കോസഹെദ്രയും ചേർന്ന് വളരെ സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനയുണ്ടെന്ന്.

ബോറോൺ കാർബൈഡിന് അതികഠിനമായ കാഠിന്യം (മോസ് സ്കെയിലിൽ 9.5–9.75), അയോണൈസിങ് റേഡിയേഷനെതിരായ സ്ഥിരത, രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾക്കുള്ള പ്രതിരോധം, മികച്ച ന്യൂട്രോൺ ഷീൽഡിംഗ് ഗുണങ്ങൾ എന്നിവയുണ്ട്. ബോറോൺ കാർബൈഡിന്റെ വിക്കേഴ്സ് കാഠിന്യം, ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ്, ഫ്രാക്ചർ കാഠിന്യം എന്നിവ വജ്രത്തിന് തുല്യമാണ്.

കഠിനമായ കാഠിന്യം കാരണം, ബോറോൺ കാർബൈഡിനെ "കറുത്ത വജ്രം" എന്നും വിളിക്കുന്നു. ഹോപ്പിംഗ്-ടൈപ്പ് ട്രാൻസ്‌പോർട്ട് അതിന്റെ ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളിൽ ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നതിനാൽ ഇതിന് അർദ്ധചാലക ഗുണങ്ങളും ഉണ്ടെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ഇത് പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകമാണ്. അതിന്റെ അങ്ങേയറ്റത്തെ കാഠിന്യം കാരണം, ഇത് വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള സാങ്കേതിക സെറാമിക് മെറ്റീരിയലായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് മറ്റ് വളരെ കഠിനമായ പദാർത്ഥങ്ങൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിന് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. നല്ല മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും കുറഞ്ഞ പ്രത്യേക ഗുരുത്വാകർഷണവും കൂടാതെ, കനംകുറഞ്ഞ കവചം നിർമ്മിക്കാൻ ഇത് അനുയോജ്യമാണ്.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് സെറാമിക്സിന്റെ ഉത്പാദനം

ബോറോൺ കാർബൈഡ് പൊടി വാണിജ്യപരമായി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നത് ഒന്നുകിൽ സംയോജനത്തിലൂടെയോ (കാർബണിനൊപ്പം ബോറോൺ അൻഹൈഡ്രൈഡ് (B2O3) കുറയ്ക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു) അല്ലെങ്കിൽ മഗ്നീഷ്യോതെർമിക് പ്രതികരണത്തിലൂടെയോ (കാർബൺ കറുപ്പിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ മഗ്നീഷ്യവുമായി ബോറോൺ അൻഹൈഡ്രൈഡിനെ പ്രതിപ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു). ആദ്യ പ്രതികരണത്തിൽ, ഉൽപന്നം സ്മെൽറ്ററിന്റെ മധ്യഭാഗത്ത് മുട്ടയുടെ ആകൃതിയിലുള്ള ഒരു വലിയ പിണ്ഡം ഉണ്ടാക്കുന്നു. മുട്ടയുടെ ആകൃതിയിലുള്ള ഈ പദാർത്ഥം വേർതിരിച്ചെടുക്കുകയും, ചതച്ച്, അന്തിമ ഉപയോഗത്തിനായി ഉചിതമായ ധാന്യത്തിന്റെ വലുപ്പത്തിലേക്ക് വറുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

മഗ്‌നീസിയോതെർമിക് പ്രതികരണത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ, കുറഞ്ഞ ഗ്രാനുലാരിറ്റി ഉള്ള സ്റ്റോയ്‌ചിയോമെട്രിക് കാർബൈഡ് നേരിട്ട് ലഭിക്കും, എന്നാൽ അതിൽ 2% വരെ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഉൾപ്പെടെയുള്ള മാലിന്യങ്ങളുണ്ട്. ഇത് ഒരു സഹസംയോജകബന്ധിത അജൈവ സംയുക്തമായതിനാൽ, ഒരേസമയം ചൂടും മർദ്ദവും പ്രയോഗിക്കാതെ ബോറോൺ കാർബൈഡിന് സിന്റർ ചെയ്യാൻ പ്രയാസമാണ്. ഇക്കാരണത്താൽ, ശൂന്യതയിലോ നിഷ്ക്രിയമായ അന്തരീക്ഷത്തിലോ ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ (2100–2200 °C) ചൂടുള്ള, ശുദ്ധമായ പൊടികൾ (2 മീറ്റർ) ചൂടുള്ള അമർത്തിയാൽ ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഇടതൂർന്ന രൂപങ്ങളാക്കി മാറ്റുന്നു.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു രീതി, ബോറോൺ കാർബൈഡിന്റെ ദ്രവണാങ്കത്തിന് സമീപമുള്ള വളരെ ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ (2300–2400 °C) മർദ്ദമില്ലാത്ത സിന്ററിംഗ് ആണ്. ഈ പ്രക്രിയയിൽ സാന്ദ്രതയ്ക്ക് ആവശ്യമായ ഊഷ്മാവ് കുറയ്ക്കാൻ, അലൂമിന, Cr, Co, Ni, ഗ്ലാസ് തുടങ്ങിയ സിന്ററിംഗ് എയ്ഡുകൾ പൊടി മിശ്രിതത്തിലേക്ക് ചേർക്കുന്നു.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് സെറാമിക്സിന്റെ പ്രയോഗങ്ങൾ

ബോറോൺ കാർബൈഡിന് നിരവധി വ്യത്യസ്ത ആപ്ലിക്കേഷനുകളുണ്ട്.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഒരു ലാപ്പിംഗ്, അബ്രാസീവ് ഏജന്റായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

അൾട്രാ-ഹാർഡ് മെറ്റീരിയലുകൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുമ്പോൾ ഉയർന്ന തോതിലുള്ള മെറ്റീരിയൽ നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഒരു അബ്രാസീവ്, ലാപ്പിംഗ് ഏജന്റായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് പൊടി രൂപത്തിലുള്ള ബോറോൺ കാർബൈഡ് അനുയോജ്യമാണ്.

സെറാമിക് ബ്ലാസ്റ്റിംഗ് നോസിലുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ബോറോൺ കാർബൈഡ്  ധരിക്കാൻ അങ്ങേയറ്റം പ്രതിരോധമുള്ളതാണ്, സിന്റർ ചെയ്യുമ്പോൾ നോസിലുകൾ പൊട്ടിത്തെറിക്കാനുള്ള മികച്ച മെറ്റീരിയലായി ഇത് മാറുന്നു. വളരെ കഠിനമായ ഉരച്ചിലുകളുള്ള സ്ഫോടന ഏജന്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ പോലുംകൊറണ്ടം, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എന്നിവ പോലെ, സ്ഫോടന ശക്തി അതേപടി തുടരുന്നു, കുറഞ്ഞ വസ്ത്രങ്ങൾ ഉണ്ട്, നോസിലുകൾ കൂടുതൽ മോടിയുള്ളവയാണ്.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഒരു ബാലിസ്റ്റിക് സംരക്ഷണ വസ്തുവായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് കവചിത സ്റ്റീൽ, അലൂമിനിയം ഓക്സൈഡ് എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന ബാലിസ്റ്റിക് സംരക്ഷണം നൽകുന്നു, എന്നാൽ വളരെ കുറഞ്ഞ ഭാരം. കുറഞ്ഞ ഭാരത്തിനു പുറമേ ഉയർന്ന കാഠിന്യം, കംപ്രസ്സീവ് ശക്തി, ഇലാസ്തികതയുടെ ഉയർന്ന മോഡുലസ് എന്നിവ ആധുനിക സൈനിക ഉപകരണങ്ങളുടെ സവിശേഷതയാണ്. ഈ ആപ്ലിക്കേഷന്റെ മറ്റ് എല്ലാ സാമഗ്രികളേക്കാളും മികച്ചതാണ് ബോറോൺ കാർബൈഡ്.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഒരു ന്യൂട്രോൺ അബ്സോർബറായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

എഞ്ചിനീയറിംഗിൽ, ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ന്യൂട്രോൺ അബ്സോർബർ B10 ആണ്, ഇത് ന്യൂക്ലിയർ റിയാക്ടർ നിയന്ത്രണത്തിൽ ബോറോൺ കാർബൈഡായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ബോറോണിന്റെ ആറ്റോമിക് ഘടന അതിനെ ഫലപ്രദമായ ന്യൂട്രോൺ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു. പ്രത്യേകിച്ചും, 10B ഐസോടോപ്പ്, അതിന്റെ സ്വാഭാവിക സമൃദ്ധിയുടെ ഏകദേശം 20%, ഉയർന്ന ന്യൂക്ലിയർ ക്രോസ്-സെക്ഷൻ ഉള്ളതിനാൽ യുറേനിയത്തിന്റെ വിഘടന പ്രതിപ്രവർത്തനം വഴി ഉണ്ടാകുന്ന താപ ന്യൂട്രോണുകളെ പിടിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയും.

ന്യൂട്രോൺ ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള ന്യൂക്ലിയർ ഗ്രേഡ് ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഡിസ്ക്