Carboneto de Boro (B4C) é uma cerâmica durável composta de Boro e carbono. Carboneto de boro é uma das substâncias mais duras conhecidas, ocupando o terceiro lugar atrás de nitreto de boro cúbico e diamante. É um material covalente utilizado em uma variedade de aplicações cruciais, incluindo blindagem de tanques, coletes à prova de balas e pós de sabotagem de motores. Na verdade, é o material preferido para uma variedade de aplicações industriais. Este artigo fornece um resumo do carboneto de boro e suas vantagens.
O que exatamente é carboneto de boro?
Carboneto de boro é um composto químico crucial com uma estrutura cristalina típica de boretos à base de icosaédricos. O composto foi descoberto no século XIX como um subproduto de reações de boreto de metal. Não era conhecido por ter uma fórmula química até a década de 1930, quando sua composição química foi estimada em B4C. A cristalografia de raios-X da substância mostra que ela tem uma estrutura muito complicada composta por cadeias C-B-C e icosaedros B12.
Carboneto de Boro possui dureza extrema (9,5–9,75 na escala de Mohs), estabilidade contra radiação ionizante, resistência a reações químicas e excelentes propriedades de blindagem de nêutrons. A dureza Vickers, o módulo de elasticidade e a tenacidade à fratura do carboneto de boro são quase iguais aos do diamante.
Devido à sua extrema dureza, o carboneto de boro também é conhecido como "diamante negro". Também demonstrou possuir propriedades semicondutoras, com o transporte do tipo hopping dominando suas propriedades eletrônicas. É um semicondutor do tipo p. Devido à sua extrema dureza, é considerado um material cerâmico técnico resistente ao desgaste, tornando-o adequado para o processamento de outras substâncias extremamente duras. Além de suas boas propriedades mecânicas e baixa gravidade específica, é ideal para fazer armaduras leves.
Produção de cerâmica de carboneto de boro
O pó de carboneto de boro é produzido comercialmente por fusão (que envolve a redução do anidrido de boro (B2O3) com carbono) ou reação magnesiotérmica (que envolve fazer com que o anidrido de boro reaja com o magnésio na presença de negro de fumo). Na primeira reação, o produto forma um caroço considerável em forma de ovo no centro da fundição. Este material em forma de ovo é extraído, triturado e depois moído até o tamanho de grão apropriado para uso final.
No caso da reação magnesiotérmica, o carboneto estequiométrico com baixa granularidade é obtido diretamente, mas possui impurezas, incluindo até 2% de grafite. Por ser um composto inorgânico ligado covalentemente, o Carboneto de Boro é difícil de sinterizar sem aplicar calor e pressão simultaneamente. Por causa disso, o Carboneto de Boro é frequentemente transformado em formas densas por prensagem a quente de pós finos e puros (2 m) em altas temperaturas (2100–2200 °C) em um vácuo ou atmosfera inerte.
Outro método para produzir carboneto de boro é a sinterização sem pressão a uma temperatura muito alta (2300–2400 °C), que é próxima ao ponto de fusão do carboneto de boro. Para ajudar a reduzir a temperatura necessária para a densificação durante este processo, auxiliares de sinterização como alumina, Cr, Co, Ni e vidro são adicionados à mistura em pó.
Aplicações de Cerâmica Carbide Boro
Carboneto de boro tem muitas aplicações diferentes.
Carboneto de boro é usado como agente de polimento e abrasivo.
Carboneto de boro em pó é ideal para uso como agente abrasivo e de lapidação com alta taxa de remoção de material ao processar materiais ultraduros.
Carboneto de boro é usado para fabricar bicos de jateamento de cerâmica.
Carboneto de boro é extremamente resistente ao desgaste, tornando-o um excelente material para bicos de jateamento quando sinterizado. Mesmo quando usado com agentes de jateamento abrasivos extremamente duroscomo corindo e carboneto de silício, o poder de jateamento permanece o mesmo, há desgaste mínimo e os bicos são mais duráveis.
Carboneto de boro é usado como material de proteção balística.
Carboneto de Boro fornece proteção balística comparável à do aço blindado e óxido de alumínio, mas com um peso muito menor. Equipamentos militares modernos são caracterizados por alto grau de dureza, resistência à compressão e alto módulo de elasticidade, além de baixo peso. Carboneto de Boro é superior a todos os outros materiais alternativos para esta aplicação.
O carboneto de boro é usado como um absorvedor de nêutrons.
Na engenharia, o absorvedor de nêutrons mais importante é B10, usado como carboneto de boro no controle do reator nuclear.
A estrutura atômica do boro o torna um absorvedor de nêutrons eficaz. Em particular, o isótopo 10B, presente em cerca de 20% de sua abundância natural, possui uma alta seção de choque nuclear e pode capturar os nêutrons térmicos gerados pela reação de fissão do urânio.
Disco de carboneto de boro de grau nuclear para absorção de nêutrons
