బోరాన్ కార్బైడ్ (B4C) అనేది బోరాన్ మరియు కార్బన్‌లతో కూడిన మన్నికైన సిరామిక్. బోరాన్ కార్బైడ్  అనేది అత్యంత కఠినమైన పదార్ధాలలో ఒకటి, ఘనపు బోరాన్ నైట్రైడ్ మరియు డైమండ్ తర్వాత మూడవ స్థానంలో ఉంది. ఇది ట్యాంక్ కవచం, బుల్లెట్ ప్రూఫ్ దుస్తులు మరియు ఇంజిన్ విధ్వంసక పొడులతో సహా పలు కీలకమైన అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించబడే సమయోజనీయ పదార్థం. వాస్తవానికి, ఇది వివిధ రకాల పారిశ్రామిక అనువర్తనాలకు ఇష్టపడే పదార్థం. ఈ కథనం బోరాన్ కార్బైడ్ మరియు దాని ప్రయోజనాల సారాంశాన్ని అందిస్తుంది.

బోరాన్ కార్బైడ్ అంటే ఏమిటి?

బోరాన్ కార్బైడ్ అనేది ఐకోసాహెడ్రల్-ఆధారిత బోరైడ్‌లకు విలక్షణమైన క్రిస్టల్ నిర్మాణంతో కీలకమైన రసాయన సమ్మేళనం. సమ్మేళనం పంతొమ్మిదవ శతాబ్దంలో మెటల్ బోరైడ్ ప్రతిచర్యల యొక్క ఉప ఉత్పత్తిగా కనుగొనబడింది. దాని రసాయన కూర్పు B4Cగా అంచనా వేయబడిన 1930ల వరకు దీనికి రసాయన సూత్రం ఉన్నట్లు తెలియదు. పదార్ధం యొక్క ఎక్స్-రే క్రిస్టల్లాగ్రఫీ అది C-B-C గొలుసులు మరియు B12 ఐకోసహెడ్రా రెండింటితో రూపొందించబడిన చాలా సంక్లిష్టమైన నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉందని చూపిస్తుంది.

బోరాన్ కార్బైడ్ విపరీతమైన కాఠిన్యం (మొహ్స్ స్కేల్‌పై 9.5–9.75), అయోనైజింగ్ రేడియేషన్‌కు వ్యతిరేకంగా స్థిరత్వం, రసాయన ప్రతిచర్యలకు నిరోధకత మరియు అద్భుతమైన న్యూట్రాన్ షీల్డింగ్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. బోరాన్ కార్బైడ్ యొక్క వికర్స్ కాఠిన్యం, సాగే మాడ్యులస్ మరియు ఫ్రాక్చర్ మొండితనం దాదాపు వజ్రంతో సమానంగా ఉంటాయి.

విపరీతమైన కాఠిన్యం కారణంగా, బోరాన్ కార్బైడ్ ని "బ్లాక్ డైమండ్" అని కూడా పిలుస్తారు. ఇది సెమీకండక్టింగ్ లక్షణాలను కలిగి ఉన్నట్లు కూడా చూపబడింది, హోపింగ్-రకం రవాణా దాని ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలపై ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది. ఇది p-రకం సెమీకండక్టర్. దాని విపరీతమైన కాఠిన్యం కారణంగా, ఇది దుస్తులు-నిరోధక సాంకేతిక సిరామిక్ పదార్థంగా పరిగణించబడుతుంది, ఇది ఇతర అత్యంత కఠినమైన పదార్ధాలను ప్రాసెస్ చేయడానికి సరిపోతుంది. దాని మంచి యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు తక్కువ నిర్దిష్ట గురుత్వాకర్షణతో పాటు, తేలికపాటి కవచాన్ని తయారు చేయడానికి ఇది అనువైనది.

బోరాన్ కార్బైడ్ సెరామిక్స్ ఉత్పత్తి

బోరాన్ కార్బైడ్ పొడి వాణిజ్యపరంగా ఫ్యూజన్ (బోరాన్ అన్‌హైడ్రైడ్ (B2O3)ను కార్బన్‌తో తగ్గించడం) లేదా మెగ్నీసియోథెర్మిక్ రియాక్షన్ (కార్బన్ బ్లాక్ సమక్షంలో మెగ్నీషియంతో బోరాన్ అన్‌హైడ్రైడ్ ప్రతిస్పందించేలా చేయడం) ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. మొదటి ప్రతిచర్యలో, ఉత్పత్తి స్మెల్టర్ మధ్యలో గణనీయమైన గుడ్డు ఆకారపు ముద్దను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ గుడ్డు ఆకారపు పదార్థాన్ని సంగ్రహించి, చూర్ణం చేసి, ఆపై తుది ఉపయోగం కోసం తగిన ధాన్యం పరిమాణానికి మిల్ చేస్తారు.

మాగ్నిసియోథెర్మిక్ రియాక్షన్ విషయంలో, తక్కువ గ్రాన్యులారిటీతో స్టోయికియోమెట్రిక్ కార్బైడ్ నేరుగా పొందబడుతుంది, అయితే ఇది 2% వరకు గ్రాఫైట్‌తో సహా మలినాలను కలిగి ఉంటుంది. ఇది సమయోజనీయ బంధిత అకర్బన సమ్మేళనం అయినందున, బోరాన్ కార్బైడ్ వేడి మరియు పీడనాన్ని ఏకకాలంలో వర్తింపజేయకుండా సింటర్ చేయడం కష్టం. దీని కారణంగా, బోరాన్ కార్బైడ్ అధిక ఉష్ణోగ్రతల (2100–2200 °C) వద్ద శూన్యం లేదా జడ వాతావరణంలో వేడిగా నొక్కడం ద్వారా (2 మీ) చక్కగా, స్వచ్ఛమైన పొడులను (2 మీ) దట్టమైన ఆకారాలుగా తయారు చేస్తారు.

బోరాన్ కార్బైడ్‌ని ఉత్పత్తి చేయడానికి మరొక పద్ధతి బోరాన్ కార్బైడ్ ద్రవీభవన స్థానానికి దగ్గరగా ఉన్న అతి ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత (2300–2400 °C) వద్ద ఒత్తిడి లేని సింటరింగ్. ఈ ప్రక్రియలో డెన్సిఫికేషన్‌కు అవసరమైన ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడంలో సహాయపడటానికి, అల్యూమినా, Cr, Co, Ni మరియు గ్లాస్ వంటి సింటరింగ్ ఎయిడ్‌లు పొడి మిశ్రమానికి జోడించబడతాయి.

బోరాన్ కార్బైడ్ సెరామిక్స్ అప్లికేషన్స్

బోరాన్ కార్బైడ్ అనేక విభిన్న అప్లికేషన్‌లను కలిగి ఉంది.

బోరాన్ కార్బైడ్ ల్యాపింగ్ మరియు రాపిడి ఏజెంట్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది.

అల్ట్రా-హార్డ్ మెటీరియల్‌లను ప్రాసెస్ చేస్తున్నప్పుడు మెటీరియల్ రిమూవల్ అధిక రేటుతో రాపిడి మరియు ల్యాపింగ్ ఏజెంట్‌గా ఉపయోగించడానికి పౌడర్ రూపంలో బోరాన్ కార్బైడ్ అనువైనది.

సిరామిక్ బ్లాస్టింగ్ నాజిల్‌ల తయారీకి బోరాన్ కార్బైడ్ ఉపయోగించబడుతుంది.

బోరాన్ కార్బైడ్ ధరించడానికి చాలా నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది, ఇది సిన్టర్ చేసినప్పుడు నాజిల్‌లను పేల్చడానికి ఒక అద్భుతమైన పదార్థంగా మారుతుంది. చాలా హార్డ్ రాపిడి బ్లాస్టింగ్ ఏజెంట్లతో ఉపయోగించినప్పుడు కూడాకొరండం మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ వంటివి, పేలుడు శక్తి అలాగే ఉంటుంది, తక్కువ దుస్తులు ఉంటాయి మరియు నాజిల్‌లు మరింత మన్నికగా ఉంటాయి.

బోరాన్ కార్బైడ్ బాలిస్టిక్ రక్షణ పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

బోరాన్ కార్బైడ్ సాయుధ ఉక్కు మరియు అల్యూమినియం ఆక్సైడ్‌తో పోల్చదగిన బాలిస్టిక్ రక్షణను అందిస్తుంది కానీ చాలా తక్కువ బరువుతో ఉంటుంది. ఆధునిక సైనిక పరికరాలు తక్కువ బరువుతో పాటు అధిక స్థాయి కాఠిన్యం, సంపీడన బలం మరియు స్థితిస్థాపకత యొక్క అధిక మాడ్యులస్ ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి. బోరాన్ కార్బైడ్ ఈ అప్లికేషన్ కోసం అన్ని ఇతర ప్రత్యామ్నాయ పదార్థాల కంటే మెరుగైనది.

బోరాన్ కార్బైడ్‌ను న్యూట్రాన్ అబ్జార్బర్‌గా ఉపయోగిస్తారు.

ఇంజనీరింగ్‌లో, అణు రియాక్టర్ నియంత్రణలో బోరాన్ కార్బైడ్‌గా ఉపయోగించే అత్యంత ముఖ్యమైన న్యూట్రాన్ అబ్జార్బర్ B10.

బోరాన్ యొక్క పరమాణు నిర్మాణం దానిని సమర్థవంతమైన న్యూట్రాన్ శోషకంగా చేస్తుంది. ప్రత్యేకించి, 10B ఐసోటోప్, దాని సహజ సమృద్ధిలో దాదాపు 20%, అధిక అణు క్రాస్-సెక్షన్‌ను కలిగి ఉంది మరియు యురేనియం యొక్క విచ్ఛిత్తి చర్య ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే ఉష్ణ న్యూట్రాన్‌లను సంగ్రహించగలదు.

న్యూట్రాన్ శోషణ కోసం న్యూక్లియర్ గ్రేడ్ బోరాన్ కార్బైడ్ డిస్క్