Бор карбид (Б4Ц) је издржљива керамика која се састоји од бора и угљеника. Бор карбид је једна од најтврђих познатих супстанци, која је на трећем месту иза кубног боровог нитрида и дијаманта. То је ковалентни материјал који се користи у разним кључним применама, укључујући оклоп тенкова, непробојне прслуке и прах за саботажу мотора. У ствари, то је пожељан материјал за разне индустријске примене. Овај чланак пружа резиме бора карбида и његове предности.

Шта је тачно бор-карбид?

Бор карбид је кључно хемијско једињење са кристалном структуром типичном за бориде на бази икосаедара. Једињење је откривено у деветнаестом веку као нуспроизвод реакција металних борида. Није било познато да има хемијску формулу све до 1930-их, када је процењено да је њен хемијски састав Б4Ц. Рендгенска кристалографија супстанце показује да има веома компликовану структуру коју чине и Ц-Б-Ц ланци и Б12 икосаедри.

Бор карбид поседује екстремну тврдоћу (9,5–9,75 по Мохсовој скали), стабилност на јонизујуће зрачење, отпорност на хемијске реакције и одлична својства заштите од неутрона. Тврдоћа по Викерсу, модул еластичности и жилавост лома Бор-карбида су скоро исти као и дијаманта.

Због своје екстремне тврдоће, борон карбид се такође назива „црни дијамант“. Такође се показало да поседује полупроводничка својства, при чему транспорт скакаћег типа доминира његовим електронским својствима. То је полупроводник п-типа. Због своје екстремне тврдоће, сматра се техничким керамичким материјалом отпорним на хабање, што га чини погодним за обраду других изузетно тврдих материја. Поред добрих механичких својстава и мале специфичне тежине, идеалан је за израду лаког оклопа.

Производња керамике од карбида бора

Бор карбид у праху се комерцијално производи или фузијом (која укључује редукцију анхидрида бора (Б2О3) са угљеником) или магнезијотермном реакцијом (која укључује реаговање анхидрида бора са магнезијумом у присуству чађе). У првој реакцији, производ формира велику квржицу у облику јајета у центру топионице. Овај материјал у облику јајета се екстрахује, дроби, а затим меље до одговарајуће величине зрна за коначну употребу.

У случају магнезиотермне реакције, стехиометријски карбид са малом грануларношћу се добија директно, али има нечистоће, укључујући до 2% графита. Пошто је то ковалентно везано неорганско једињење, борон карбид је тешко синтеровати без примене топлоте и притиска истовремено. Због тога се карбид бора често прави у густе облике врућим пресовањем финог, чистог праха (2 м) на високим температурама (2100–2200 °Ц) у вакууму или инертној атмосфери.

Други метод за производњу карбида бора је синтеровање без притиска на веома високој температури (2300–2400 °Ц), што је близу тачке топљења бор-карбида. Да би се смањила температура потребна за згушњавање током овог процеса, у мешавину праха се додају помоћна средства за синтеровање као што су глиница, Цр, Цо, Ни и стакло.

Примене керамике од карбида бора

Бор карбид има много различитих примена.

Бор карбид се користи као средство за превлачење и абразивно средство.

Бор карбид у облику праха је идеалан за употребу као абразив и средство за преливање са великом брзином уклањања материјала при обради ултра тврдих материјала.

Бор карбид се користи за производњу керамичких млазница за пескарење.

Бор карбид је изузетно отпоран на хабање, што га чини одличним материјалом за млазнице за пескарење када се синтерује. Чак и када се користи са изузетно тврдим абразивним средствима за пескарењекао што су корунд и силицијум карбид, снага пескарења остаје иста, постоји минимално хабање, а млазнице су издржљивије.

Бор карбид се користи као балистички заштитни материјал.

Бор карбид пружа упоредиву балистичку заштиту са оном од оклопног челика и алуминијум оксида, али са много мањом тежином. Савремену војну опрему карактерише висок степен тврдоће, чврстоћа на притисак и висок модул еластичности, поред мале тежине. Бор карбид је супериорнији од свих других алтернативних материјала за ову примену.

Бор карбид се користи као апсорбер неутрона.

У инжењерству, најважнији апсорбер неутрона је Б10, који се користи као боров карбид у контроли нуклеарног реактора.

Атомска структура бора чини га ефикасним апсорбером неутрона. Конкретно, изотоп 10Б, присутан у око 20% свог природног изобиља, има висок нуклеарни пресек и може да ухвати топлотне неутроне који настају реакцијом фисије уранијума.

Диск од бор карбида нуклеарног квалитета за апсорпцију неутрона