Boron Cacbua (B4C) là một loại gốm bền bao gồm Boron và carbon. Boron Cacbua là một trong những chất cứng nhất được biết đến, đứng thứ ba sau Boron nitride khối và kim cương. Nó là một vật liệu cộng hóa trị được sử dụng trong nhiều ứng dụng quan trọng, bao gồm áo giáp xe tăng, áo chống đạn và bột phá hoại động cơ. Trên thực tế, nó là vật liệu ưa thích cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Bài viết này cung cấp thông tin tóm tắt về Boron Cacbua và các ưu điểm của nó.

Boron Cacbua chính xác là gì?

Boron Cacbua là một hợp chất hóa học quan trọng có cấu trúc tinh thể điển hình của các borua dựa trên 2 ô vuông. Hợp chất này được phát hiện vào thế kỷ 19 dưới dạng sản phẩm phụ của các phản ứng borua kim loại. Nó không được biết là có công thức hóa học cho đến những năm 1930, khi thành phần hóa học của nó được ước tính là B4C. Tinh thể học tia X của chất này cho thấy nó có cấu trúc rất phức tạp được tạo thành từ cả chuỗi C-B-C và B12 icosahedra.

Boron Cacbua có độ cứng cực cao (9,5–9,75 trên thang Mohs), tính ổn định trước bức xạ ion hóa, khả năng chống phản ứng hóa học và đặc tính che chắn neutron tuyệt vời. Độ cứng Vickers, mô đun đàn hồi và độ bền đứt gãy của Boron Cacbua gần giống như của kim cương.

Do có độ cứng cực cao, Boron Cacbua còn được gọi là "kim cương đen". Nó cũng đã được chứng minh là có các đặc tính bán dẫn, với sự vận chuyển kiểu nhảy vọt chiếm ưu thế trong các đặc tính điện tử của nó. Nó là một chất bán dẫn loại p. Do độ cứng cực cao của nó, nó được coi là vật liệu gốm kỹ thuật chịu mài mòn, khiến nó phù hợp để xử lý các chất cực kỳ cứng khác. Ngoài tính chất cơ học tốt và trọng lượng riêng thấp, nó rất lý tưởng để chế tạo áo giáp nhẹ.

Sản xuất gốm sứ Boron cacbua

Bột Boron cacbua được sản xuất thương mại thông qua phản ứng tổng hợp (liên quan đến việc khử Boron anhydrit (B2O3) bằng cacbon) hoặc phản ứng nhiệt điện từ (liên quan đến việc làm cho Boron anhydrit phản ứng với magiê khi có muội than). Trong phản ứng đầu tiên, sản phẩm tạo thành một cục hình quả trứng khá lớn ở trung tâm lò luyện. Vật liệu hình quả trứng này được chiết xuất, nghiền nhỏ và sau đó được xay thành kích thước hạt thích hợp để sử dụng lần cuối.

Trong trường hợp phản ứng từ nhiệt, cacbua cân bằng hóa học có độ hạt thấp thu được trực tiếp, nhưng nó có tạp chất, bao gồm tối đa 2% than chì. Do là một hợp chất vô cơ có liên kết cộng hóa trị nên Boron Cacbua rất khó thiêu kết mà không tác dụng nhiệt và áp suất đồng thời. Do đó, Boron Cacbua thường được tạo thành các hình dạng đặc bằng cách ép nóng bột mịn, nguyên chất (2 m) ở nhiệt độ cao (2100–2200 °C) trong môi trường chân không hoặc khí trơ.

Một phương pháp khác để sản xuất Boron Cacbua là thiêu kết không áp suất ở nhiệt độ rất cao (2300–2400 °C), gần với nhiệt độ nóng chảy của Boron Cacbua. Để giúp giảm nhiệt độ cần thiết cho quá trình cô đặc trong quá trình này, các chất trợ thiêu kết như alumina, Cr, Co, Ni và thủy tinh được thêm vào hỗn hợp bột.

Các ứng dụng của Boron Carbua Gốm sứ

Boron Cacbua có nhiều ứng dụng khác nhau.

Boron Cacbua được sử dụng làm chất mài mòn và mài mòn.

Boron Cacbua ở dạng bột phù hợp lý tưởng để sử dụng làm chất mài mòn và mài mòn với tốc độ loại bỏ vật liệu cao khi xử lý vật liệu siêu cứng.

Boron Cacbua được sử dụng để sản xuất vòi phun gốm.

Boron Cacbua có khả năng chống mài mòn cực cao, làm cho nó trở thành vật liệu tuyệt vời để làm nổ vòi phun khi thiêu kết. Ngay cả khi được sử dụng với các chất nổ mài mòn cực kỳ cứngchẳng hạn như corundum và silicon carbide, công suất nổ vẫn giữ nguyên, độ mài mòn tối thiểu và vòi phun bền hơn.

Boron Cacbua được sử dụng làm vật liệu bảo vệ đạn đạo.

Boron Cacbua cung cấp khả năng bảo vệ đạn đạo tương đương với thép bọc thép và oxit nhôm nhưng với trọng lượng thấp hơn nhiều. Thiết bị quân sự hiện đại được đặc trưng bởi độ cứng cao, cường độ nén và mô đun đàn hồi cao, ngoài trọng lượng thấp. Boron Cacbua cao hơn tất cả các vật liệu thay thế khác cho ứng dụng này.

Boron cacbua được sử dụng làm chất hấp thụ neutron.

Trong kỹ thuật, chất hấp thụ neutron quan trọng nhất là B10, được sử dụng làm Boron cacbua trong điều khiển lò phản ứng hạt nhân.

Cấu trúc nguyên tử của boron làm cho nó trở thành một chất hấp thụ neutron hiệu quả. Đặc biệt, đồng vị 10B, hiện diện trong khoảng 20% độ phong phú tự nhiên của nó, có tiết diện hạt nhân cao và có thể thu giữ các neutron nhiệt được tạo ra bởi phản ứng phân hạch của uranium.

Đĩa cacbua Boron cấp hạt nhân để hấp thụ neutron