Karbidi i Borit (B4C) është një qeramikë e qëndrueshme e përbërë nga bor dhe karboni. Karbidi i borit është një nga substancat më të forta të njohura, duke u renditur i treti pas nitridit kub të borit dhe diamantit. Është një material kovalent i përdorur në një sërë aplikimesh thelbësore, duke përfshirë armaturën e tankeve, jelekët antiplumb dhe pluhurat e sabotimit të motorit. Në fakt, është materiali i preferuar për një sërë aplikimesh industriale. Ky artikull ofron një përmbledhje të karabit të borit dhe avantazheve të tij.

Çfarë është saktësisht karabidi i borit?

Karbidi i borit është një përbërës kimik thelbësor me një strukturë kristalore tipike për boridet me bazë ikozaedrale. Komponimi u zbulua në shekullin e nëntëmbëdhjetë si një nënprodukt i reaksioneve të boridit të metalit. Nuk dihej të kishte një formulë kimike deri në vitet 1930, kur përbërja e tij kimike u vlerësua të ishte B4C. Kristalografia me rreze X e substancës tregon se ajo ka një strukturë shumë të ndërlikuar të përbërë nga zinxhirë C-B-C dhe ikosahedra B12.

Karbidi i borit zotëron fortësi ekstreme (9,5–9,75 në shkallën Mohs), qëndrueshmëri ndaj rrezatimit jonizues, rezistencë ndaj reaksioneve kimike dhe veti të shkëlqyera mbrojtëse të neutroneve. Fortësia e Vickers-it, moduli elastik dhe qëndrueshmëria e thyerjes së karbitit të Borit janë pothuajse të njëjta me ato të diamantit.

Për shkak të ngurtësisë së tij ekstreme, karbidi i borit përmendet gjithashtu si "diamanti i zi". Është treguar gjithashtu se ka veti gjysmëpërçuese, me transportin e tipit hopping që dominon vetitë e tij elektronike. Është një gjysmëpërçues i tipit p. Për shkak të ngurtësisë së tij ekstreme, konsiderohet si një material teknik qeramik rezistent ndaj konsumit, duke e bërë atë të përshtatshëm për përpunimin e substancave të tjera jashtëzakonisht të forta. Përveç vetive të mira mekanike dhe gravitetit të ulët specifik, është ideal për të bërë forca të blinduara të lehta.

Prodhimi i Qeramikës së Karbitit të Borit

Pluhuri i karbitit të borit prodhohet në mënyrë komerciale ose nëpërmjet shkrirjes (që përfshin reduktimin e anhidridit të borit (B2O3) me karbon) ose reaksionit magneziotermik (që përfshin reagimin e anhidritit të Borit me magnezin në prani të karbonit të zi). Në reagimin e parë, produkti formon një gungë të konsiderueshme në formë veze në qendër të shkritores. Ky material në formë veze nxirret, grimcohet dhe më pas bluhet deri në madhësinë e duhur të kokrrës për përdorim përfundimtar.

Në rastin e reaksionit magneziotermik, karabit stekiometrik me granularitet të ulët përftohet drejtpërdrejt, por ai ka papastërti, duke përfshirë deri në 2% grafit. Për shkak se është një përbërje inorganike e lidhur në mënyrë kovalente, karbidi i borit është i vështirë të shkrihet pa ushtruar nxehtësi dhe presion në të njëjtën kohë. Për shkak të kësaj, karabidi i borit shpesh bëhet në forma të dendura me shtypje të nxehtë të pluhurave të imta dhe të pastra (2 m) në temperatura të larta (2100–2200 °C) në vakum ose atmosferë inerte.

Një metodë tjetër për prodhimin e karabit të Borit është sinterizimi pa presion në një temperaturë shumë të lartë (2300–2400 °C), e cila është afër pikës së shkrirjes së karabit të borit. Për të ndihmuar në uljen e temperaturës së kërkuar për densifikimin gjatë këtij procesi, ndihmesat e sinterimit si alumini, Cr, Co, Ni dhe qelqi i shtohen përzierjes së pluhurit.

Aplikimet e Qeramikës së Karbitit të Borit

Boroni karabit ka shumë aplikime të ndryshme.

Karbidi i borit përdoret si një agjent gërryes dhe gërryes.

Karbidi i borit në formë pluhuri është i përshtatshëm në mënyrë ideale për t'u përdorur si një agjent gërryes dhe mbulues me një shkallë të lartë të heqjes së materialit gjatë përpunimit të materialeve ultra të forta.

Karbidi i borit përdoret për prodhimin e grykave të shpërthimit të qeramikës.

Karbidi i borit është jashtëzakonisht rezistent ndaj konsumit, duke e bërë atë një material të shkëlqyeshëm për shpërthimin e grykave kur sinterizohet. Edhe kur përdoret me agjentë gërryes jashtëzakonisht të fortëtë tilla si korundi dhe karabi i silikonit, fuqia e shpërthimit mbetet e njëjtë, ka konsum minimal dhe grykat janë më të qëndrueshme.

Karbidi i borit përdoret si një material mbrojtës balistik.

Karbidi i Borit siguron mbrojtje balistike të krahasueshme me atë të çelikut të blinduar dhe oksidit të aluminit, por me një peshë shumë më të ulët. Pajisjet moderne ushtarake karakterizohen nga një shkallë e lartë fortësie, forcë në shtypje dhe një modul i lartë elasticiteti, përveç peshës së ulët. Karbidi i borit është superior ndaj të gjitha materialeve të tjera alternative për këtë aplikacion.

Karbidi i Borit përdoret si absorbues i neutronit.

Në inxhinieri, absorbuesi më i rëndësishëm i neutronit është B10, i përdorur si karabit bor në kontrollin e reaktorit bërthamor.

Struktura atomike e borit e bën atë një absorbues efektiv të neutronit. Në veçanti, izotopi 10B, i pranishëm në rreth 20% të bollëkut të tij natyror, ka një seksion të lartë bërthamor dhe mund të kapë neutronet termike që krijohen nga reaksioni i ndarjes së uraniumit.

Disku i karabit të borit të shkallës bërthamore për thithjen e neutronit