Boron Carbide (B4C) er en slitesterk keramikk som består av bor og karbon. Borkarbid er et av de hardeste stoffene som er kjent, og ligger på tredjeplass bak kubisk bornitrid og diamant. Det er et kovalent materiale som brukes i en rekke viktige bruksområder, inkludert tankpanser, skuddsikre vester og motorsabotasjepulver. Faktisk er det det foretrukne materialet for en rekke industrielle bruksområder. Denne artikkelen gir et sammendrag av Boron Carbide og dets fordeler.
Hva er egentlig borkarbid?
Borkarbid er en viktig kjemisk forbindelse med en krystallstruktur som er typisk for ikosaederbaserte borider. Forbindelsen ble oppdaget på det nittende århundre som et biprodukt av metallboridreaksjoner. Det var ikke kjent å ha en kjemisk formel før på 1930-tallet, da dens kjemiske sammensetning ble estimert til å være B4C. Røntgenkrystallografien av stoffet viser at det har en svært komplisert struktur som består av både C-B-C-kjeder og B12 icosahedra.
Borkarbid har ekstrem hardhet (9,5–9,75 på Mohs-skalaen), stabilitet mot ioniserende stråling, motstand mot kjemiske reaksjoner og utmerkede nøytronskjermingsegenskaper. Vickers-hardheten, elastisitetsmodulen og bruddseigheten til borkarbid er nesten de samme som for diamant.
På grunn av sin ekstreme hardhet, blir borkarbid også referert til som "svart diamant". Det har også vist seg å ha halvledende egenskaper, med hopp-type transport som dominerer dens elektroniske egenskaper. Det er en p-type halvleder. På grunn av sin ekstreme hardhet regnes det som et slitesterkt teknisk keramisk materiale, noe som gjør det egnet for bearbeiding av andre ekstremt harde stoffer. I tillegg til sine gode mekaniske egenskaper og lave egenvekt, er den ideell for å lage lett rustning.
Produksjon av borkarbidkeramikk
Borkarbidpulver produseres kommersielt gjennom enten fusjon (som innebærer reduksjon av boranhydrid (B2O3) med karbon) eller magnesioterm reaksjon (som innebærer å få boranhydrid til å reagere med magnesium i nærvær av kjønrøk). I den første reaksjonen danner produktet en betydelig eggformet klump i midten av smelteverket. Dette eggformede materialet ekstraheres, knuses og males deretter til riktig kornstørrelse for endelig bruk.
Når det gjelder den magnesioterme reaksjonen, oppnås støkiometrisk karbid med lav granularitet direkte, men den har urenheter, inkludert opptil 2 % grafitt. Fordi det er en kovalent bundet uorganisk forbindelse, er borkarbid vanskelig å sintre uten å påføre varme og trykk samtidig. På grunn av dette lages borkarbid ofte til tette former ved varmpressing av fint, rent pulver (2 m) ved høye temperaturer (2100–2200 °C) i vakuum eller inert atmosfære.
En annen metode for å produsere borkarbid er trykkløs sintring ved en svært høy temperatur (2300–2400 °C), som er nær smeltepunktet til borkarbid. For å redusere temperaturen som kreves for fortetting under denne prosessen, tilsettes sintringshjelpemidler som alumina, Cr, Co, Ni og glass til pulverblandingen.
Bruk av borkarbidkeramikk
Boron Carbide har mange forskjellige applikasjoner.
Borkarbid brukes som lapp- og slipemiddel.
Borkarbid i pulverform er ideell for bruk som slipemiddel og lappemiddel med høy grad av materialfjerning ved bearbeiding av ultraharde materialer.
Borkarbid brukes til å produsere keramiske sprengningsdyser.
Borkarbid er ekstremt motstandsdyktig mot slitasje, noe som gjør det til et utmerket materiale for å blåse munnstykker når de er sintret. Selv når den brukes med ekstremt harde sandblåsemidlersom korund og silisiumkarbid, forblir sprengkraften den samme, det er minimal slitasje, og dysene er mer holdbare.
Borkarbid brukes som ballistisk beskyttelsesmateriale.
Borkarbid gir sammenlignbar ballistisk beskyttelse som for pansret stål og aluminiumoksid, men med en mye lavere vekt. Moderne militærutstyr er preget av høy hardhet, trykkfasthet og høy elastisitetsmodul, i tillegg til lav vekt. Borkarbid er overlegen alle andre alternative materialer for denne applikasjonen.
Borkarbid brukes som nøytronabsorber.
I ingeniørfag er den viktigste nøytronabsorberen B10, brukt som borkarbid i kjernefysisk reaktorkontroll.
Atomstrukturen til bor gjør det til en effektiv nøytronabsorber. Spesielt 10B-isotopen, som er tilstede i rundt 20 % av sin naturlige overflod, har et høyt kjernefysisk tverrsnitt og kan fange opp de termiske nøytronene som genereres av fisjonsreaksjonen til uran.
Borkarbidskive av kjernefysisk kvalitet for nøytronabsorpsjon
