Бор карбид (B4C) нь бор ба нүүрстөрөгчөөс бүрдэх бат бөх керамик юм. Бор карбид нь мэдэгдэж байгаа хамгийн хатуу бодисуудын нэг бөгөөд куб бор нитрид болон алмазын дараа гуравдугаарт ордог. Энэ бол танкийн хуяг, сум нэвтэрдэггүй хантааз, хөдөлгүүрийн хорлон сүйтгэх нунтаг зэрэг олон чухал хэрэглээнд ашиглагддаг ковалент материал юм. Үнэн хэрэгтээ энэ нь олон төрлийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд илүүд үздэг материал юм. Энэ нийтлэлд борын карбидын тойм, түүний давуу талууд багтсан болно.
Бор карбид гэж яг юу вэ?
Бор карбид болор бүтэцтэй химийн чухал нэгдэл бөгөөд икосаэдр суурилсан боридуудын онцлог юм. Энэ нэгдлийг XIX зуунд металл борын урвалын дайвар бүтээгдэхүүн гэж нээсэн. 1930-аад он хүртэл химийн томьёотой гэдгийг мэддэггүй байсан бөгөөд түүний химийн найрлага нь B4C гэж тооцогддог байв. Бодисын рентген кристаллографи нь C-B-C гинж болон В12 икосаэдраас бүрдсэн маш нарийн бүтэцтэй болохыг харуулж байна.
Бор карбид нь хэт хатуулаг (Mohs масштабаар 9.5-9.75), ионжуулагч цацрагийн эсрэг тогтвортой байдал, химийн урвалд тэсвэртэй, нейтрон хамгаалах маш сайн шинж чанартай. Бор карбидын Викерсийн хатуулаг, уян хатан чанар, хугарлын бат бөх чанар нь алмазынхтай бараг ижил байна.
Хэт хатуулагтай тул бор карбидыг "хар алмаз" гэж бас нэрлэдэг. Энэ нь мөн хагас дамжуулагч шинж чанартай болох нь нотлогдсон бөгөөд түүний электрон шинж чанар нь үсрэх төрлийн тээвэрлэлт давамгайлж байна. Энэ нь p төрлийн хагас дамжуулагч юм. Хэт хатуулагтай тул элэгдэлд тэсвэртэй техникийн керамик материалд тооцогддог тул бусад маш хатуу бодисыг боловсруулахад тохиромжтой. Механик шинж чанар сайтай, хувийн жин багатайгаас гадна хөнгөн хуяг хийхэд тохиромжтой.
Бор карбидын керамик үйлдвэрлэл
Бор карбидын нунтаг нь хайлуулах (борын ангидрид (B2O3)-ыг нүүрстөрөгчөөр бууруулах) эсвэл магнезиотермик урвалаар (хар нүүрстөрөгчийн дэргэд борын ангидридыг магнитай урвалд оруулах) аргаар үйлдвэрлэдэг. Эхний урвалын үед бүтээгдэхүүн нь хайлуулах үйлдвэрийн төвд өндөг хэлбэртэй том бөөгнөрөл үүсгэдэг. Энэхүү өндөг хэлбэртэй материалыг олборлож, буталж, дараа нь эцсийн хэрэглээнд тохирох үр тарианы хэмжээ хүртэл тээрэмддэг.
Магнезиотермик урвалын хувьд мөхлөг багатай стехиометрийн карбидыг шууд гаргаж авдаг боловч 2% хүртэл бал чулуу агуулсан хольцтой. Энэ нь ковалентаар холбогддог органик бус нэгдэл учраас борын карбидыг нэгэн зэрэг дулаан, даралтгүйгээр задлахад хэцүү байдаг. Ийм учраас борын карбидыг вакуум буюу идэвхгүй орчинд өндөр температурт (2100–2200 °C) нарийн, цэвэр нунтаг (2 м) халуунаар шахаж өтгөн хэлбэртэй болгодог.
Бор карбидыг үйлдвэрлэх өөр нэг арга бол борын карбидын хайлах цэгт ойрхон (2300–2400 °C) температурт даралтгүй аргаар задлах явдал юм. Энэ процессын явцад нягтралд шаардагдах температурыг багасгахын тулд нунтаг хольцод хөнгөн цагаан исэл, Cr, Co, Ni, шил зэрэг агломержуулах туслах бодисуудыг нэмнэ.
Бор карбидын керамикийн хэрэглээ
Бор карбид нь олон төрлийн хэрэглээтэй.
Бор карбидыг зүлгүүр болон зүлгүүр болгон ашигладаг.
Нунтаг хэлбэрийн бор карбид нь хэт хатуу материалыг боловсруулахад өндөр хурдтай материал арилгадаг зүлгүүрийн болон зүлгүүрийн бодис болгон ашиглахад нэн тохиромжтой.
Бор карбидыг керамик тэсэлгээний хушуу үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Бор карбид нь элэгдэлд маш тэсвэртэй тул синтерлэх үед хушууг тэслэхэд маш сайн материал болдог. Хэт хатуу зүлгүүрийн тэсэлгээний бодистой хамт хэрэглэж байсан ч гэсэнкорунд, цахиурын карбид зэрэг тэсэлгээний хүч нь хэвээр, элэгдэл багатай, цорго нь илүү бат бөх байдаг.
Бор карбидыг баллистик хамгаалалтын материал болгон ашигладаг.
Бор карбид нь хуягласан ган, хөнгөн цагааны исэлтэй харьцуулж болохуйц баллистик хамгаалалтыг өгдөг боловч жин багатай. Орчин үеийн цэргийн техник нь жин багатайгаас гадна хатуулаг, шахалтын бат бэх, уян хатан байдлын өндөр модуль зэргээрээ онцлог юм. Бор карбид нь энэ хэрэглээний бусад бүх материалаас давуу юм.
Бор карбидыг нейтрон шингээгч болгон ашигладаг.
Инженерийн салбарт хамгийн чухал нейтрон шингээгч нь цөмийн реакторын удирдлагад борын карбид болгон ашигладаг B10 юм.
Борын атомын бүтэц нь түүнийг үр дүнтэй нейтрон шингээгч болгодог. Тодруулбал, байгалийн элбэг дэлбэг байдлын 20 орчим хувьд нь агуулагддаг 10В изотоп нь өндөр цөмийн хөндлөн огтлолтой бөгөөд ураны задралын урвалаар үүссэн дулааны нейтроныг барьж чаддаг.
Нейтрон шингээхэд зориулсан цөмийн ангиллын бор карбидын диск
