Boron Carbide (B4C) ni kauri ya kudumu inayojumuisha Boroni na kaboni. Boron Carbide ni mojawapo ya dutu ngumu zaidi inayojulikana, ikishika nafasi ya tatu nyuma ya nitridi za Boron na almasi. Ni nyenzo ya ushirikiano inayotumiwa katika matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na silaha za tanki, vests zisizo na risasi, na poda za uharibifu wa injini. Kwa kweli, ni nyenzo inayopendekezwa kwa matumizi anuwai ya viwandani. Makala haya yanatoa muhtasari wa Boron Carbide na faida zake.

Boron Carbide ni nini hasa?

Boron Carbide ni kiwanja muhimu cha kemikali chenye muundo wa fuwele mfano wa boride zinazotokana na icosahedral. Kiwanja kiligunduliwa katika karne ya kumi na tisa kama matokeo ya athari za boride za chuma. Haikujulikana kuwa na fomula ya kemikali hadi miaka ya 1930, wakati muundo wake wa kemikali ulikadiriwa kuwa B4C. Kioo cha X-ray cha dutu hii kinaonyesha kuwa kina muundo mgumu sana unaojumuisha minyororo ya C-B-C na B12 icosahedra.

Boroni Carbide ina ugumu uliokithiri (9.5–9.75 kwenye kipimo cha Mohs), uthabiti dhidi ya mionzi ya ioni, ukinzani dhidi ya athari za kemikali na sifa bora za ulinzi wa nyutroni. Ugumu wa Vickers, moduli nyumbufu, na ugumu wa kuvunjika kwa Boron Carbide ni karibu sawa na zile za almasi.

Kwa sababu ya ugumu wake uliokithiri, Boron Carbide pia inajulikana kama "almasi nyeusi." Imeonyeshwa pia kuwa na sifa za upitishaji nusu, na usafiri wa aina ya kurukaruka ukitawala sifa zake za kielektroniki. Ni semiconductor ya aina ya p. Kwa sababu ya ugumu wake uliokithiri, inachukuliwa kuwa nyenzo za kauri za kiufundi zinazostahimili kuvaa, na kuifanya inafaa kwa usindikaji wa vitu vingine vigumu sana. Mbali na mali zake nzuri za mitambo na mvuto mdogo maalum, ni bora kwa kutengeneza silaha nyepesi.

Uzalishaji wa Kauri za Boron Carbide

Poda ya Boroni Carbide huzalishwa kibiashara kupitia muunganisho (ambao unahusisha kupunguza Boron anhydride (B2O3) pamoja na kaboni) au mmenyuko wa magnesiothermic (ambayo inahusisha kusababisha anhidridi ya Boroni  kuathiriwa na magnesiamu kukiwa na kaboni nyeusi). Katika majibu ya kwanza, bidhaa huunda uvimbe mkubwa wa umbo la yai katikati ya kiyeyusho. Nyenzo hii yenye umbo la yai hutolewa, kusagwa, na kisha kusagwa kwa ukubwa unaofaa wa nafaka kwa matumizi ya mwisho.

Katika hali ya mmenyuko wa magnesiothermic, stoichiometric Carbide yenye uzito mdogo hupatikana moja kwa moja, lakini ina uchafu, ikijumuisha hadi 2% ya grafiti. Kwa sababu ni kiwanja cha isokaboni kilichounganishwa kwa ushirikiano, Boron Carbide ni vigumu kuchomeka bila kuweka joto na shinikizo kwa wakati mmoja. Kwa sababu hii, Boron Carbide mara nyingi hutengenezwa kuwa maumbo mazito kwa kubonyezwa kwa unga laini na safi (m 2) katika halijoto ya juu (2100–2200 °C) katika hali ya utupu au ajizi.

Mbinu nyingine ya kutengeneza Boron Carbide ni kuchemka bila shinikizo kwenye joto la juu sana (2300–2400 °C), ambayo iko karibu na kiwango cha kuyeyuka cha Boron Carbide. Ili kusaidia kupunguza halijoto inayohitajika kwa msongamano wakati wa mchakato huu, vifaa vya kuchungia kama vile alumina, Cr, Co, Ni, na glasi huongezwa kwenye mchanganyiko wa poda.

Utumizi wa Keramik za Boron Carbide

Boron Carbide ina programu nyingi tofauti.

Boron Carbide hutumika kama wakala wa kubana na kuudhi.

Boron Carbide katika umbo la poda inafaa kabisa kutumika kama abrasive na wakala wa lapping na kiwango cha juu cha kuondolewa kwa nyenzo wakati wa kuchakata nyenzo ngumu sana.

Boron Carbide hutumika kutengeneza pua za milipuko za kauri.

Boron Carbide inastahimili sana kuvaliwa, na kuifanya kuwa nyenzo bora ya kulipua nozi zinapochomwa. Hata inapotumiwa na mawakala wa ulipuaji wa abrasive ngumu sanakama vile corundum na silicon Carbide, nguvu ya ulipuaji inabakia sawa, kuna uchakavu mdogo, na nozzles ni za kudumu zaidi.

Boron Carbide hutumika kama nyenzo ya ulinzi ya ballistic.

Boroni Carbide hutoa ulinzi unaolingana na ule wa chuma cha kivita na oksidi ya alumini lakini kwa uzito wa chini zaidi. Vifaa vya kisasa vya kijeshi vina sifa ya kiwango cha juu cha ugumu, nguvu ya kukandamiza, na moduli ya juu ya elasticity, pamoja na uzito mdogo. Boron Carbide ni bora kuliko nyenzo nyingine zote mbadala za programu hii.

Boron Carbide hutumiwa kama kifyonzaji cha neutroni.

Katika uhandisi, kifyonzaji muhimu zaidi cha nyutroni ni  B10, kinachotumika kama Boron Carbide katika udhibiti wa kinu cha nyuklia.

Muundo wa atomiki wa boroni huifanya kuwa kifyonza chenye ufanisi cha nyutroni. Hasa, isotopu ya 10B, iliyo karibu na 20% ya wingi wake wa asili, ina sehemu ya juu ya nyuklia na inaweza kunasa nyutroni za joto ambazo huzalishwa na mmenyuko wa uranium.

Diski ya Kabidi ya Boroni ya Daraja la Nyuklia Kwa Unyonyaji wa Neutroni