बोरॉन कार्बाइड (B4C) हे बोरॉन आणि कार्बनचे बनलेले एक टिकाऊ सिरेमिक आहे. बोरॉन कार्बाइड हे ज्ञात असलेल्या कठीण पदार्थांपैकी एक आहे, क्यूबिक बोरॉन नायट्राइड आणि डायमंडच्या मागे तिसरे स्थान आहे. टँक आर्मर, बुलेटप्रूफ वेस्ट आणि इंजिन तोडफोड पावडरसह विविध महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोगांमध्ये वापरण्यात येणारी ही सहसंयोजक सामग्री आहे. खरं तर, विविध प्रकारच्या औद्योगिक अनुप्रयोगांसाठी ही पसंतीची सामग्री आहे. हा लेख बोरॉन कार्बाइड आणि त्याचे फायदे यांचा सारांश देतो.

बोरॉन कार्बाइड म्हणजे नेमके काय?

बोरॉन कार्बाइड हे स्फटिक रचना असलेले एक महत्त्वपूर्ण रासायनिक संयुग आहे, ज्यामध्ये आयकोसेड्रल-आधारित बोराइड्स असतात. एकोणिसाव्या शतकात मेटल बोराइड प्रतिक्रियांचे उपउत्पादन म्हणून कंपाऊंडचा शोध लागला. 1930 च्या दशकापर्यंत त्याचे रासायनिक सूत्र आहे हे ज्ञात नव्हते, जेव्हा त्याची रासायनिक रचना B4C असल्याचा अंदाज होता. पदार्थाच्या क्ष-किरण क्रिस्टलोग्राफीवरून असे दिसून आले आहे की त्याची C-B-C साखळी आणि B12 icosahedra या दोन्हींपासून बनलेली एक अतिशय गुंतागुंतीची रचना आहे.

बोरॉन कार्बाइडमध्ये अत्यंत कडकपणा (मोह्स स्केलवर 9.5-9.75), आयनीकरण किरणोत्सर्गाविरूद्ध स्थिरता, रासायनिक अभिक्रियांना प्रतिकार आणि उत्कृष्ट न्यूट्रॉन संरक्षण गुणधर्म आहेत. बोरॉन कार्बाइडची विकर्स कडकपणा, लवचिक मॉड्यूलस आणि फ्रॅक्चर टफनेस जवळजवळ हिऱ्यांप्रमाणेच आहेत.

त्याच्या अत्यंत कडकपणामुळे, बोरॉन कार्बाइडला "ब्लॅक डायमंड" असेही संबोधले जाते. यात अर्धसंवाहक गुणधर्म असल्याचे देखील दर्शविले गेले आहे, ज्यामध्ये हॉपिंग-प्रकार वाहतूक त्याच्या इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्मांवर वर्चस्व गाजवते. हे पी-टाइप सेमीकंडक्टर आहे. त्याच्या अत्यंत कडकपणामुळे, ते एक पोशाख-प्रतिरोधक तांत्रिक सिरॅमिक सामग्री मानले जाते, ज्यामुळे ते इतर अत्यंत कठोर पदार्थांवर प्रक्रिया करण्यासाठी योग्य बनते. त्याच्या चांगल्या यांत्रिक गुणधर्मांव्यतिरिक्त आणि कमी विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण, हे हलके कवच तयार करण्यासाठी आदर्श आहे.

बोरॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सचे उत्पादन

बोरॉन कार्बाइड पावडर व्यावसायिकरित्या एकतर फ्यूजन (ज्यामध्ये कार्बनसह बोरॉन एनहाइड्राइड (B2O3) कमी करणे समाविष्ट आहे) किंवा मॅग्नेसिओथर्मिक प्रतिक्रिया (ज्यामध्ये कार्बन ब्लॅकच्या उपस्थितीत बोरॉन एनहाइड्राइडची मॅग्नेशियमवर प्रतिक्रिया समाविष्ट असते) द्वारे उत्पादन केले जाते. पहिल्या प्रतिक्रियेत, उत्पादन स्मेल्टरच्या मध्यभागी एक अंडी-आकाराचा ढेकूळ बनवते. अंड्याच्या आकाराची ही सामग्री काढली जाते, कुस्करली जाते आणि नंतर अंतिम वापरासाठी योग्य धान्य आकारात दळली जाते.

मॅग्नेसिओथर्मिक रिअॅक्शनच्या बाबतीत, कमी ग्रॅन्युलॅरिटीसह स्टोचियोमेट्रिक कार्बाइड थेट प्राप्त होते, परंतु त्यात 2% ग्रेफाइटसह अशुद्धता असते. हे सहसंयोजक बंधित अजैविक संयुग असल्यामुळे, बोरॉन कार्बाइड एकाच वेळी उष्णता आणि दाब लागू न करता सिंटर करणे कठीण आहे. यामुळे, बोरॉन कार्बाइड अनेकदा निर्वात किंवा निष्क्रिय वातावरणात उच्च तापमानात (2100-2200 °C) बारीक, शुद्ध पावडर (2 मीटर) गरम दाबून घनदाट आकारात बनवले जाते.

बोरॉन कार्बाइड उत्पादन करण्याची दुसरी पद्धत म्हणजे बोरॉन कार्बाइडच्या वितळण्याच्या बिंदूच्या जवळ असलेल्या अतिशय उच्च तापमानात (२३००–२४०० डिग्री सेल्सिअस) दाबरहित सिंटरिंग. या प्रक्रियेदरम्यान घनतेसाठी आवश्यक तापमान कमी करण्यासाठी, पावडर मिक्समध्ये अॅल्युमिना, सीआर, को, नि आणि काच यांसारखे सिंटरिंग एड्स जोडले जातात.

बोरॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सचे अनुप्रयोग

बोरॉन कार्बाइडचे अनेक भिन्न अनुप्रयोग आहेत.

बोरॉन कार्बाइडचा वापर लॅपिंग आणि अपघर्षक एजंट म्हणून केला जातो.

अति-कठोर सामग्रीवर प्रक्रिया करताना उच्च दराने सामग्री काढून टाकण्यासाठी पावडर स्वरूपात बोरॉन कार्बाइड हे अपघर्षक आणि लॅपिंग एजंट म्हणून वापरण्यासाठी योग्य आहे.

बोरॉन कार्बाइडचा वापर सिरॅमिक ब्लास्टिंग नोझल्स तयार करण्यासाठी केला जातो.

बोरॉन कार्बाइड हे परिधान करण्यासाठी अत्यंत प्रतिरोधक आहे, जे सिंटर केल्यावर ते ब्लास्टिंग नोझलसाठी उत्कृष्ट सामग्री बनवते. अत्यंत कठोर अपघर्षक ब्लास्टिंग एजंटसह वापरले तरीहीकॉरंडम आणि सिलिकॉन कार्बाइड सारख्या, ब्लास्टिंग पॉवर समान राहते, कमीतकमी पोशाख असते आणि नोझल अधिक टिकाऊ असतात.

बोरॉन कार्बाइडचा वापर बॅलिस्टिक संरक्षण सामग्री म्हणून केला जातो.

बोरॉन कार्बाइड आर्मर्ड स्टील आणि अॅल्युमिनियम ऑक्साईडशी तुलना करता येण्याजोगे बॅलिस्टिक संरक्षण देते परंतु वजन खूपच कमी आहे. आधुनिक लष्करी उपकरणे कमी वजनाव्यतिरिक्त उच्च कडकपणा, संकुचित शक्ती आणि लवचिकतेचे उच्च मॉड्यूलस द्वारे दर्शविले जातात. बोरॉन कार्बाइड या ऍप्लिकेशनसाठी इतर सर्व पर्यायी सामग्रीपेक्षा श्रेष्ठ आहे.

बोरॉन कार्बाइडचा वापर न्यूट्रॉन शोषक म्हणून केला जातो.

अभियांत्रिकीमध्ये, सर्वात महत्त्वाचा न्यूट्रॉन शोषक B10 आहे, जो अणुभट्टी नियंत्रणात बोरॉन कार्बाइड म्हणून वापरला जातो.

बोरॉनची अणू रचना त्याला प्रभावी न्यूट्रॉन शोषक बनवते. विशेषतः, 10B समस्थानिक, त्याच्या नैसर्गिक विपुलतेच्या सुमारे 20% मध्ये उपस्थित आहे, त्यात उच्च अणु क्रॉस-सेक्शन आहे आणि ते युरेनियमच्या विखंडन प्रतिक्रियेद्वारे तयार होणारे थर्मल न्यूट्रॉन कॅप्चर करू शकतात.

न्यूट्रॉन शोषणासाठी न्यूक्लियर ग्रेड बोरॉन कार्बाइड डिस्क