Ang Boron Carbide (B4C) ay isang matibay na ceramic na binubuo ng Boron at carbon. Ang Boron Carbide ay isa sa pinakamahirap na substance na kilala, na pumapangatlo sa likod ng cubic Boron nitride at brilyante. Ito ay isang covalent na materyal na ginagamit sa iba't ibang mahahalagang aplikasyon, kabilang ang tanke ng armor, bulletproof vests, at engine sabotage powder. Sa katunayan, ito ang ginustong materyal para sa iba't ibang mga pang-industriya na aplikasyon. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng buod ng Boron Carbide at ang mga pakinabang nito.

Ano nga ba ang Boron Carbide?

Ang Boron Carbide ay isang mahalagang compound ng kemikal na may istrakturang kristal na tipikal ng mga boride na nakabatay sa icosahedral. Ang tambalan ay natuklasan noong ikalabinsiyam na siglo bilang isang byproduct ng metal boride reactions. Hindi alam na mayroon itong pormula ng kemikal hanggang noong 1930s, nang ang kemikal na komposisyon nito ay tinatayang B4C. Ang X-ray crystallography ng substance ay nagpapakita na ito ay may napakakomplikadong istraktura na binubuo ng parehong C-B-C chain at B12 icosahedra.

Ang Boron Carbide ay nagtataglay ng matinding tigas (9.5–9.75 sa Mohs scale), katatagan laban sa ionizing radiation, paglaban sa mga kemikal na reaksyon, at mahusay na mga katangian ng pagprotekta ng neutron. Ang hardness ng Vickers, ang elastic modulus, at ang fracture toughness ng Boron Carbide ay halos pareho sa diamond.

Dahil sa sobrang tigas nito, ang Boron Carbide ay tinutukoy din bilang "itim na brilyante." Ito rin ay ipinakita na nagtataglay ng mga katangian ng semiconducting, na may hopping-type na transportasyon na nangingibabaw sa mga elektronikong katangian nito. Ito ay isang p-type na semiconductor. Dahil sa matinding katigasan nito, ito ay itinuturing na isang teknikal na ceramic na materyal na lumalaban sa pagsusuot, na ginagawang angkop para sa pagproseso ng iba pang napakatigas na sangkap. Bilang karagdagan sa magagandang mekanikal na katangian nito at mababang tiyak na gravity, perpekto ito para sa paggawa ng magaan na baluti.

Paggawa ng Boron Carbide Ceramics

Ang Boron Carbide powder ay komersyal na ginawa sa pamamagitan ng alinman sa pagsasanib (na kinabibilangan ng pagbabawas ng Boron anhydride (B2O3) na may carbon) o magnesiothermic reaction (na kinabibilangan ng pagdudulot ng Boron anhydride na tumugon sa magnesium sa pagkakaroon ng carbon black). Sa unang reaksyon, ang produkto ay bumubuo ng isang malaking bukol na hugis itlog sa gitna ng smelter. Ang hugis-itlog na materyal na ito ay kinukuha, dinurog, at pagkatapos ay giniling sa naaangkop na laki ng butil para sa huling paggamit.

Sa kaso ng magnesiothermic reaction, direktang nakukuha ang stoichiometric Carbide na may mababang granularity, ngunit mayroon itong mga impurities, kabilang ang hanggang 2% graphite. Dahil isa itong covalently bonded inorganic compound, ang Boron Carbide ay mahirap i-sinter nang hindi naglalapat ng init at pressure nang sabay-sabay. Dahil dito, ang Boron Carbide ay kadalasang ginagawang siksik na mga hugis sa pamamagitan ng mainit na pagpindot ng pinong, purong pulbos (2 m) sa mataas na temperatura (2100–2200 °C) sa isang vacuum o inert na kapaligiran.

Ang isa pang paraan para sa paggawa ng Boron Carbide ay walang pressure na sintering sa napakataas na temperatura (2300–2400 °C), na malapit sa natutunaw na punto ng Boron Carbide. Upang makatulong na bawasan ang temperatura na kinakailangan para sa densification sa panahon ng prosesong ito, ang mga sintering aid tulad ng alumina, Cr, Co, Ni, at salamin ay idinaragdag sa powder mix.

Mga Application ng Boron Carbide Ceramics

Ang Boron Carbide ay maraming iba't ibang aplikasyon.

Ang Boron Carbide ay ginagamit bilang lapping at abrasive agent.

Ang Boron Carbide sa anyo ng pulbos ay angkop na angkop para sa paggamit bilang abrasive at lapping agent na may mataas na rate ng pag-alis ng materyal kapag nagpoproseso ng mga ultra-hard na materyales.

Ginagamit ang Boron Carbide para gumawa ng mga ceramic blasting nozzle.

Ang Boron Carbide ay lubos na lumalaban sa pagsusuot, na ginagawa itong isang mahusay na materyal para sa mga blasting nozzle kapag sintered. Kahit na ginamit sa napakahirap na nakasasakit na mga ahente ng pagsabogtulad ng corundum at silicon Carbide, ang lakas ng pagsabog ay nananatiling pareho, mayroong kaunting pagkasira, at ang mga nozzle ay mas matibay.

Ang Boron Carbide ay ginagamit bilang ballistic protection material.

Ang Boron Carbide ay nagbibigay ng maihahambing na ballistic na proteksyon sa armored steel at aluminum oxide ngunit sa mas mababang timbang. Ang mga modernong kagamitang militar ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na antas ng tigas, lakas ng compressive, at isang mataas na modulus ng pagkalastiko, bilang karagdagan sa mababang timbang. Ang Boron Carbide ay higit sa lahat ng iba pang alternatibong materyales para sa application na ito.

Ang Boron Carbide ay ginagamit bilang isang neutron absorber.

Sa engineering, ang pinakamahalagang neutron absorber ay B10, na ginagamit bilang Boron Carbide sa nuclear reactor control.

Ang atomic na istraktura ng boron ay ginagawa itong isang epektibong neutron absorber. Sa partikular, ang 10B isotope, na nasa humigit-kumulang 20% ​​ng natural na kasaganaan nito, ay may mataas na nuclear cross-section at maaaring makuha ang mga thermal neutron na nabuo ng fission reaction ng uranium.

Nuclear Grade Boron Carbide Disc Para sa Neutron Absorption