Boron Carbide (B4C) ialah seramik tahan lama yang terdiri daripada Boron dan karbon. Boron Carbide adalah salah satu bahan paling sukar diketahui, menduduki tempat ketiga di belakang kubik Boron nitrida dan berlian. Ia adalah bahan kovalen yang digunakan dalam pelbagai aplikasi penting, termasuk perisai kereta kebal, jaket kalis peluru, dan serbuk sabotaj enjin. Malah, ia adalah bahan pilihan untuk pelbagai aplikasi perindustrian. Artikel ini menyediakan ringkasan Boron Carbide dan kelebihannya.

Apakah sebenarnya Boron Carbide?

Boron Carbide adalah sebatian kimia penting dengan struktur kristal tipikal borida berasaskan ikosahedral. Kompaun itu ditemui pada abad kesembilan belas sebagai hasil sampingan tindak balas logam borida. Ia tidak diketahui mempunyai formula kimia sehingga tahun 1930-an, apabila komposisi kimianya dianggarkan sebagai B4C. Penghabluran sinar-X bahan menunjukkan bahawa ia mempunyai struktur yang sangat rumit yang terdiri daripada kedua-dua rantai C-B-C dan B12 icosahedra.

Boron Carbide mempunyai kekerasan yang melampau (9.5–9.75 pada skala Mohs), kestabilan terhadap sinaran mengion, ketahanan terhadap tindak balas kimia dan sifat pelindung neutron yang sangat baik. Kekerasan Vickers, modulus elastik dan keliatan patah Boron Carbide hampir sama dengan berlian.

Oleh kerana kekerasannya yang melampau, Boron Carbide juga dirujuk sebagai "berlian hitam." Ia juga telah ditunjukkan mempunyai sifat semikonduktor, dengan pengangkutan jenis melompat mendominasi sifat elektroniknya. Ia adalah semikonduktor jenis-p. Kerana kekerasannya yang melampau, ia dianggap sebagai bahan seramik teknikal yang tahan haus, menjadikannya sesuai untuk memproses bahan lain yang sangat keras. Selain sifat mekanikalnya yang baik dan graviti tentu yang rendah, ia sesuai untuk membuat perisai ringan.

Pengeluaran Seramik Boron Karbida

Serbuk Boron Karbida dihasilkan secara komersial melalui sama ada gabungan (yang melibatkan pengurangan Boron anhidrida (B2O3) dengan karbon) atau tindak balas magnesiotermik (yang melibatkan menyebabkan Boron anhidrida bertindak balas dengan magnesium dengan kehadiran karbon hitam). Dalam tindak balas pertama, produk membentuk ketulan berbentuk telur yang cukup besar di tengah-tengah peleburan. Bahan berbentuk telur ini diekstrak, dihancurkan, dan kemudian dikisar mengikut saiz butiran yang sesuai untuk kegunaan akhir.

Dalam kes tindak balas magnesiotermik, Karbida stoikiometri dengan kebutiran rendah diperoleh secara langsung, tetapi ia mempunyai kekotoran, termasuk sehingga 2% grafit. Oleh kerana ia adalah sebatian tak organik yang terikat secara kovalen, Boron Carbide sukar disinter tanpa menggunakan haba dan tekanan secara serentak. Oleh sebab itu, Boron Carbide sering dijadikan bentuk padat dengan menekan panas serbuk tulen halus (2 m) pada suhu tinggi (2100–2200 °C) dalam suasana vakum atau lengai.

Kaedah lain untuk menghasilkan Boron Carbide adalah pensinteran tanpa tekanan pada suhu yang sangat tinggi (2300–2400 °C), yang hampir dengan takat lebur Boron Carbide. Untuk membantu mengurangkan suhu yang diperlukan untuk ketumpatan semasa proses ini, alat pensinteran seperti alumina, Cr, Co, Ni, dan kaca ditambah pada campuran serbuk.

Aplikasi Seramik Boron Karbida

Boron Carbide mempunyai banyak aplikasi yang berbeza.

Boron Carbide digunakan sebagai agen lapping dan pelelas.

Boron Carbide dalam bentuk serbuk amat sesuai digunakan sebagai agen pelelas dan penjilat dengan kadar penyingkiran bahan yang tinggi apabila memproses bahan ultra-keras.

Boron Carbide digunakan untuk mengeluarkan muncung letupan seramik.

Boron Carbide sangat tahan haus, menjadikannya bahan yang sangat baik untuk muncung letupan apabila disinter. Walaupun digunakan dengan agen letupan kasar yang sangat kerasseperti korundum dan silikon Karbida, kuasa letupan kekal sama, terdapat kehausan minimum, dan muncungnya lebih tahan lama.

Boron Carbide digunakan sebagai bahan perlindungan balistik.

Boron Carbide menyediakan perlindungan balistik yang setanding dengan keluli berperisai dan aluminium oksida tetapi pada berat yang jauh lebih rendah. Peralatan ketenteraan moden dicirikan oleh tahap kekerasan yang tinggi, kekuatan mampatan, dan modulus keanjalan yang tinggi, selain berat yang rendah. Boron Carbide adalah unggul daripada semua bahan alternatif lain untuk aplikasi ini.

Boron Carbide digunakan sebagai penyerap neutron.

Dalam kejuruteraan, penyerap neutron yang paling penting ialah B10, digunakan sebagai Boron Carbide dalam kawalan reaktor nuklear.

Struktur atom boron menjadikannya penyerap neutron yang berkesan. Khususnya, isotop 10B, terdapat dalam sekitar 20% daripada kelimpahan semula jadinya, mempunyai keratan rentas nuklear yang tinggi dan boleh menangkap neutron terma yang dihasilkan oleh tindak balas pembelahan uranium.

Cakera Boron Karbida Gred Nuklear Untuk Penyerapan Neutron