1. Фундаментальная хімія і крышталяграфічны дызайн карбіду бору
1.1 Малекулярны склад і структурная складанасць
(Кераміка з карбіду бору)
Карбід бору (Б ЧАТЫРЫ С) з'яўляецца адным з самых інтрыгуючых і тэхналагічна важных керамічных матэрыялаў дзякуючы унікальнаму спалучэнню высокай трываласці, нізкая таўшчыня, і выключную здольнасць паглынання нейтронаў.
Хімічна, гэта нестехиометрическое рэчыва, якое ў асноўным складаецца з атамаў бору і вугляроду, з ідэалізаванай формулай B ₄ C, хоць яго рэальны склад можа вар'іравацца ад B₄C да B₁₀. ПЯЦЬ С, адлюстроўваючы вялікую гамагеннасць, якая кіруецца альтэрнатыўнымі сістэмамі ў яго складанай крышталічнай рашотцы.
Крышталічны каркас карбіду бору паходзіць з ромбаэдрычнай сістэмы (касмічная каманда R3̄m), ідэнтыфікуецца трохмернай сеткай 12-атамных ікасаэдраў– калекцыі атамаў бору– звязаныя прамымі ланцугамі C-B-C або C-C уздоўж трыганальнай восі.
Гэтыя ікасаэдры, кожны складаецца з 11 атамы бору і 1 атам вугляроду (B ₁₁ C), звязаны кавалентнай сувяззю з надзвычай моцнымі B– Б, Б– С, і С– аблігацыі C, спрыяючы яго ўражлівай механічнай трываласці і цеплавой бяспекі.
Бачнасць гэтых шматгранных адзінак і прамежкавых ланцугоў стварае архітэктурную анізатрапію і ўнутраныя праблемы, якія ўплываюць як на механічныя звычкі, так і на лічбавыя дамы прадукту.
У адрозненне ад больш простых фарфоравых вырабаў, такіх як гліназём або карбід крэмнію, атамная архітэктура карбіду бору забяспечвае значную гнуткасць канфігурацыі, што робіць магчымым адукацыю дэфектаў і цыркуляцыю платы, якія ўплываюць на яе прадукцыйнасць ва ўмовах стрэсу, трывогі і апраменьвання.
1.2 Фізічныя і электронныя рэзідэнцыі, якія ўзнікаюць у выніку атамнага злучэння
Сетка кавалентнай сувязі ў карбідзе бору забяспечвае адну з самых высокіх прызнаных каштоўнасцей цвёрдасці сярод сінтэтычных матэрыялаў– саступае толькі рубіну і кубічнаму нітрыду бору– звычайна ў межах ад 30 каб 38 Сярэдні бал па шкале цвёрдасці па Віккерсу.
Яго таўшчыня надзвычай памяншаецца (~ 2.52 г/см ШЭСЦЬ), зрабіць гэта вакол 30% лягчэйшы за гліназём і амаль 70% лягчэй сталі, важная перавага ў адчувальных да вагі прыкладаннях, такіх як асобныя экраны і аэракасмічныя дэталі.
Карбід бору праяўляе выдатную хімічную інэртнасць, вытрымліваючы ўдар вялікай колькасцю кіслот і антацыдаў пры касмічнай тэмпературы, хоць ён можа акісляцца 450 °C у паветры, стварэнне аксіду бора (B ₂ O ШЭСЦЬ) і CO2, што можа паставіць пад пагрозу структурную сумленнасць у высокатэмпературных акісляльных умовах.
Ён мае шырокую забароненую зону (~ 2.1 эВ), класіфікуючы яго як паўправаднік з патэнцыяльнымі прымяненнямі ў высокатэмпературнай электроніцы і дэтэктарах радыяцыі.
Акрамя таго, яго высокі каэфіцыент Зеебека і зніжаная цеплаправоднасць робяць яго кандыдатам для тэрмаэлектрычнага пераўтварэння энергіі, асабліва ў цяжкіх умовах, дзе традыцыйныя матэрыялы не працуюць.
(Кераміка з карбіду бору)
Прадукт дадаткова дэманструе фенаменальнае паглынанне нейтронаў з-за высокага сячэння захопу нейтронаў ізатопа ¹⁰ B (аб 3837 свірны для цеплавых нейтронаў), што робіць яго важным у стрыжнях кіравання ядзернымі рэактарамі, абараняючы, і ўкладзеныя сістэмы захоўвання газу.
2. Сінтэз, Апрацоўка, і перашкоды пры ўшчыльненні
2.1 Прамысловая вытворчасць і метады канструкцыі парашка
Карбід бору ў значнай ступені ствараецца пры высокатэмпературным карбатэрмічным зніжэнні борнай кіслаты (H ₃ BO ₃) або аксід бору (B ₂ O ПЯЦЬ) з вугляроднымі рэсурсамі, такімі як нафтавы кокс або драўняны вугаль у электрадугавых награвальніках 2000 °C.
Адказ ідзе як: 2Б ДВА О ДВА + 7C → B ЧАТЫРЫ C + 6CO, генеруючы груб, вуглавыя парашкі, якія патрабуюць значнага фрэзеравання для дасягнення субмікронных памераў фрагментаў, прыдатных для працы з керамікай.
Альтэрнатыўныя шляхі сінтэзу ўключаюць самараспаўсюджвальны высокатэмпературны сінтэз (ШС), лазернае хімічнае нанясенне з паравой фазы (ССЗ), і метады з дапамогай плазмы, якія выкарыстоўваюць лепшы кантроль над стэхіаметрыяй і марфалогіяй фрагментаў, але менш маштабуюцца для прамысловага выкарыстання.
Дзякуючы сваёй суровай трываласці, драбненне карбіду бору ў цудоўныя парашкі энергаёмістае і ўразлівае да забруджванняў ад рашоткі, для падтрымання чысціні неабходна выкарыстоўваць млыны з карбідам бору або палімерныя шліфавальныя дапаможнікі.
Атрыманыя парашкі неабходна старанна ідэнтыфікаваць і дэагламераваць, каб гарантаваць аднастайную ўпакоўку і надзейнае спяканне.
2.2 Абмежаванні пры спяканні і перадавыя камбінацыйныя падыходы
Істотнай цяжкасцю ў канструкцыі керамікі з карбіду бору з'яўляецца прырода кавалентнай сувязі і нізкі каэфіцыент самадыфузіі, якія моцна абмяжоўваюць ушчыльненне падчас стандартнага спякання без ціску.
Таксама пры набліжэнні тэмператур 2200 °C, спяканне без ціску звычайна вырабляе фарфор з 80– 90% акадэмічнай таўшчыні, пакідаючы рэшткавую сітаватасць, якая пагаршае механічную трываласць і балістычныя характарыстыкі.
Каб перамагчы гэта, прагрэсіўныя метады ўшчыльнення, такія як гарачае націсканне (HP) і гарачае ізастатычнае штурханне (ХІП) выкарыстоўваюцца.
Гарачае штурханне прымяняе аднавосевае напружанне (звычайна 30– 50 МПа) пры тэмпературах паміж імі 2100 ° C і 2300 °C, садзейнічанне перабудове фрагментаў і пластычнай дэфармацыі, дазваляе перавышаць таўшчыню 95%.
HIP яшчэ больш паляпшае ўшчыльненне, ужываючы ізастатычны ціск газу (100– 200 МПа) пасля інкапсуляцыі, ліквідацыя закрытых пор і дасягненне амаль поўнай шчыльнасці з палепшанай устойлівасцю да расколін.
Дабаўкі, такія як вуглярод, крэмній, або зрушыць барыды металаў (напр., TiB ДВА, CrB ДВА) часам уводзяцца ў невялікіх колькасцях для павышэння здольнасці спекацца і перашкаджаюць росту збожжа, хоць яны могуць трохі мінімізаваць трываласць або эфектыўнасць паглынання нейтронаў.
Нягледзячы на гэтыя прарывы, слабасць межаў збожжа і ўнутраная далікатнасць працягваюць заставацца няспыннымі праблемамі, асабліва ва ўмовах рэзкай нагрузкі.
3. Механічныя дзеянні і прадукцыйнасць пры экстрэмальных умовах нагрузкі
3.1 Сістэмы балістычнай устойлівасці і адмовы
Карбід бору шырока прызнаны галоўным матэрыялам для лёгкай балістычнай абароны ў бронекамізэльках, пакрыццё аўтамабіляў, і экранаванне самалёта.
Яго высокая трываласць дазваляе належным чынам пагаршаць і дэфармаваць налятаючыя снарады, такія як бранябойныя кулі і аскепкі, рассейванне кінэтычнай сілы праз сістэмы, якія складаюцца з расколіны, мікротрэшчыны, і змяненне мясцовай стадыі.
Тым не менш, карбід бору адлюстроўвае з'ява, наз “амарфізацыя пры ўдары,” дзе, пад ударам з высокай хуткасцю (звычайна > 1.8 км/с), крышталічная структура распадаецца прама ў неўпарадкаваную, аморфная фаза, якая не валодае апорнай здольнасцю, што прывяло да трагічнай няўдачы.
Гэта амарфізацыя, выкліканая ціскам, назіраецца з дапамогай рэнтгенаўскай дыфракцыі на месцы і ПЭМ-даследаванняў, тлумачыцца разбурэннем ікасаэдрычных сістэм і ланцугоў C-B-C пад дзеяннем экстрэмальнага напружання зруху.
Намаганні па змякчэнні гэтага заключаюцца ў паляпшэнні збожжа, кампазітны стыль (напр., B ЧАТЫРЫ C-SiC), і пакрыццё плошчы паверхні гнуткімі сталямі для затрымкі праліферацыі разломаў і фрагментацыі.
3.2 Зносаўстойлівасць і прамысловае прымяненне
Мінулая абарона, Устойлівасць карбіду бору да ізаляцыі робіць яго ідэальным для камерцыйнага прымянення, уключаючы моцны знос, напрыклад, пескоструйные асадкі, наканечнікі для рэзкі бруёй вады, і шліфавальных асяроддзяў.
Яго трываласць істотна пераўзыходзіць карбід вальфраму і аксід алюмінія, што прыводзіць да падаўжэння тэрміну службы і мінімізацыі выдаткаў на ўтрыманне ў высокапрадукцыйных вытворчых атмасферах.
Элементы з карбіду бору могуць працаваць у патоках абразіва пад высокім ціскам без хуткага разбурэння, хоць неабходна выконваць асцярожнасць, каб прадухіліць тэрмічны шок і напружанне расцяжэння падчас працэдуры.
Яго выкарыстанне ў ядзерных умовах дадаткова дасягае зносастойкіх кампанентаў у сістэмах апрацоўкі газу, дзе патрабуецца як механічная трываласць, так і паглынанне нейтронаў.
4. Стратэгічныя прымянення ў ядзернай энергетыцы, Аэракасмічная, і новыя тэхналогіі
4.1 Рашэнні для паглынання нейтронаў і абароны ад выпраменьвання
Адным з найбольш важных неваенных ужыванняў карбіду бору застаецца атамная энергетыка, дзе ён служыць прадуктам, які паглынае нейтроны, у полюсах кіравання, закрыццё гранулы, і радыяцыйна-ахоўныя канструкцыі.
Дзякуючы высокаму багаццю ізатопа ¹⁰ B (звычайна ~ 20%, аднак можа быць узбагачаны да> 90%), карбід бору эфектыўна ўлоўлівае цеплавыя нейтроны праз ¹⁰ B(н, а)сем Лі адказ, стварэнне альфа-фрагментаў і іёнаў літыя, якія лёгка ўтрымліваюцца ў прадукце.
Гэтая рэакцыя нерадыеактыўная і стварае вельмі мала доўгажывучых пабочных прадуктаў, што робіць карбід бору значна больш бяспечным і больш стабільным, чым такія альтэрнатывы, як кадмій або гафній.
Ён выкарыстоўваецца ў вадзяных актыватараў пад ціскам (PWR), рэактары з кіпячай вадой (BWR), і даследчыя актыватары, звычайна ў выглядзе спечаных гранул, апранутыя трубкі, або кампазітныя панэлі.
Яго стабільнасць пры нейтронным апрамяненні і здольнасць захоўваць прадукты дзялення паляпшаюць бяспеку і бяспеку актыватара і працяглы тэрмін службы.
4.2 Аэракасмічная, Тэрмаэлектрыкі, і будучыя матэрыяльныя межы
У касманаўтыцы, Карбід бору выяўляецца для выкарыстання ў гіпергукавых пярэдніх баках аўтамабіля, дзе яго высокі каэфіцыент плаўлення (~ 2450 °C), паменшаная таўшчыня, і ўстойлівасць да тэрмічнага ўдару маюць перавагі перад металічнымі сплавамі.
Яго патэнцыял у тэрмаэлектрычных гаджэтах абумоўлены высокім каэфіцыентам Зеебека і паніжанай цеплаправоднасцю, забеспячэнне прамога пераўтварэння адпрацаванага цяпла ў электрычную энергію ў цяжкіх атмасферах, такіх як зонды далёкага космасу або сістэмы з ядзерным харчаваннем.
Таксама вядуцца даследаванні па стварэнні кампазітаў на аснове карбіду бору з вугляроднымі нанатрубкамі або графенам для павышэння трываласці і электраправоднасці для шматфункцыянальнай архітэктурнай электронікі.
Акрамя таго, яго паўправадніковыя будынкі выкарыстоўваюцца ў радыяцыйна ўстойлівых сэнсарных блоках і дэтэктарах для мясцовага і ядзернага прымянення.
У рэзюмэ, Фарфор з карбіду бору выступае за аснову матэрыялу на стыку надзвычайнай механічнай эфектыўнасці, ядзерны дызайн, і прагрэсіўнай вытворчасці.
Яго адзіная ў сваім родзе сумесь звышвысокай трываласці, паменшаная таўшчыня, а здольнасць паглынання нейтронаў робіць яго незаменным у сучасных абаронных і ядзерных тэхналогіях, у той час як бесперапыннае даследаванне застаецца, каб пашырыць сваю энергію прама ў касманаўтыцы, пераўтварэнне энергіі, і злучэнні наступнага пакалення.
Па меры развіцця стратэгій перапрацоўкі і з'яўлення новых кампазітных канструкцый, карбід бору, безумоўна, застанецца на пярэднім краі інавацыйных матэрыялаў для найбольш патрабавальных тэхналагічных перашкод.
5. Дыстрыбутар
Кампанія Advanced Ceramics заснавана ў кастрычніку 17, 2012, гэта высокатэхналагічнае прадпрыемства, якое займаецца даследаваннямі і распрацоўкамі, вытворчасці, апрацоўка, продаж і тэхнічнае абслугоўванне керамічных матэрыялаў і вырабаў. Наша прадукцыя ўключае, але не абмяжоўваецца імі, керамічныя вырабы з карбіду бору, Керамічныя вырабы з нітрыду бору, Керамічныя вырабы з карбіду крэмнію, Керамічныя вырабы з нітрыду крэмнія, Керамічныя вырабы з дыяксіду цырконія, г.д. Калі вам цікава, калі ласка, не саромейцеся звяртацца да нас.([email protected])
Тэгі: Карбід бору, Борная кераміка, Кераміка з карбіду бору
Усе артыкулы і малюнкі з Інтэрнэту. Калі ёсць праблемы з аўтарскім правам, калі ласка, звяжыцеся з намі своечасова, каб выдаліць.
Запытайце нас