1. Boorkarbiidi fundamentaalne keemia ja kristallograafiline disain
1.1 Molekulaarne koostis ja struktuurne keerukus
(Boorkarbiidi keraamika)
Boorkarbiid (B NELI C) on üks intrigeerivamaid ja tehnoloogiliselt üliolulisemaid keraamilisi materjale tänu oma ainulaadsele tugeva tugevuse kombinatsioonile, madal paksus, ja erakordne neutronite neeldumisvõime.
Keemiliselt, see on mittestöhhiomeetriline aine, mis koosneb peamiselt boori- ja süsinikuaatomitest, idealiseeritud valemiga B ₄ C, kuigi selle tegelik koostis võib varieeruda vahemikus B 4 C kuni B 1₀. VIIS C, peegeldades suurt homogeensuse mitmekesisust, mida reguleerivad selle keerulises kristallvõres olevad alternatiivsed süsteemid.
Boorkarbiidi kristallkarkass pärineb romboeedrilisest süsteemist (ruumi meeskond R3̄m), identifitseeritud 12-aatomilise ikosaeedri kolmemõõtmelise võrgu abil– boori aatomite kogud– ühendatud otseste C-B-C või C-C ahelatega piki trigonaaltelge.
Need ikosaeedrid, igaüks koosneb 11 boori aatomid ja 1 süsiniku aatom (B 1₁ C), on kovalentselt seotud märkimisväärselt tugeva B-ga– B, B– C, ja C– C võlakirjad, aidates kaasa selle muljetavaldavale mehaanilisele tugevusele ja termilisele turvalisusele.
Nende hulktahuliste üksuste ja interstitsiaalsete ahelate nähtavus toob kaasa arhitektuurilise anisotroopia ja olemuslikud probleemid, mis mõjutavad nii toote mehaanilisi harjumusi kui ka digitaalseid kodusid.
Erinevalt lihtsamatest portselanidest, nagu alumiiniumoksiid või ränikarbiid, Boorkarbiidi aatomiarhitektuur võimaldab olulist konfiguratsiooni paindlikkust, võimaldades defektide teket ja tasu ringlust, mis mõjutavad selle toimimist stressi, ärevuse ja kiirituse korral.
1.2 Aatomiliimimisest tulenevad füüsilised ja elektroonilised elukohad
Boorkarbiidi kovalentne sidemevõrk annab sünteetiliste materjalide seas ühe kõrgeima võimaliku kõvaduse väärtuse– teisel kohal rubiini ja kuupmeetri boornitriidi järel– tavaliselt vahemikus 30 juurde 38 Hindepunktide keskmine Vickersi tugevusvahemikus.
Selle paksus on äärmiselt vähenenud (~ 2.52 g/cm KUUS), ümber tehes 30% alumiiniumoksiidist kergem ja peaaegu 70% kergem kui teras, ülioluline eelis kaalutundlikes rakendustes, nagu üksikud kilbid ja kosmoseosad.
Boorkarbiidil on suurepärane keemiline inertsus, talub ruumitemperatuuri tasemel paljude hapete ja antatsiidide lööki, kuigi see võib üle oksüdeeruda 450 ° C õhus, booroksiidi tekitamine (B ₂ O KUUS) ja co2, mis võib kõrge temperatuuriga oksüdatiivsetes seadetes kahjustada struktuurset ausust.
Sellel on lai ribalaius (~ 2.1 eV), klassifitseerides selle pooljuhtideks, millel on potentsiaalsed rakendused kõrgtemperatuurilises elektroonikas ja kiirgusdetektorites.
Lisaks, selle kõrge Seebecki koefitsient ja vähendatud soojusjuhtivus muudavad selle kandidaadiks termoelektrilise energia muundamiseks, eriti rasketes keskkondades, kus traditsioonilised materjalid ebaõnnestuvad.
(Boorkarbiidi keraamika)
Toode näitab lisaks fenomenaalset neutronite neeldumist tänu ¹⁰ B isotoobi suurele neutronite püüdmise ristlõikele (umbes 3837 kuurid termiliste neutronite jaoks), muutes selle tuumareaktori juhtvarraste jaoks hädavajalikuks, kaitstes, ja investeeris gaasihoidlate süsteemidesse.
2. Süntees, Käitlemine, ja tihendamise takistused
2.1 Tööstuslik tootmine ja pulbri valmistamise meetodid
Boorkarbiid tekib suures osas boorhappe kõrge temperatuuriga karbotermilise vähenemisega (H ₃ BO ₃) või booroksiid (B ₂ O VIIS) süsinikuressurssidega, nagu naftakoks või puusüsi elektrikaaresoojendites, mis jooksevad üle 2000 °C.
Vastus kulgeb järgmiselt: 2B KAKS V KAKS + 7C → B NELI C + 6CO, tekitades jämedat, nurgelised pulbrid, mis vajavad põhjalikku jahvatamist, et saavutada keraamika käsitsemiseks sobivate submikroniliste fragmentide suurus.
Alternatiivsed sünteesiviisid hõlmavad isepaljunevat kõrgtemperatuurset sünteesi (SHS), laser-indutseeritud keemiline aurustamine-sadestamine (CVD), ja plasma abiga tehnikad, mis kasutavad paremat kontrolli stöhhiomeetria ja fragmentide morfoloogia üle, kuid on tööstuslikuks kasutamiseks vähem skaleeritavad.
Oma tugeva tugevuse tõttu, boorkarbiidi jahvatamine otse suurepärasteks pulbriteks on energiamahukas ja tundlik riivist põhjustatud saaste suhtes, nõudlik boorkarbiidiga vooderdatud veskite või polümeersete jahvatusabivahendite kasutamine puhtuse säilitamiseks.
Saadud pulbrid tuleb hoolikalt identifitseerida ja deaglomereerida, et tagada ühtlane pakkimine ja usaldusväärne paagutamine.
2.2 Paagutamise piirangud ja täiustatud kombineerimismeetodid
Boorkarbiidi keraamilise konstruktsiooni oluliseks raskuseks on selle kovalentne side ja madal isedifusioonikoefitsient, mis piiravad tugevalt tihenemist standardse rõhuvaba paagutamise ajal.
Ka lähenevate temperatuuride juures 2200 °C, survevaba paagutamine annab üldiselt portselanid 80-ga– 90% akadeemilise paksusega, jätab järelejäänud poorsuse, mis halvendab mehaanilist vastupidavust ja ballistilist jõudlust.
Selle vallutamiseks, edenenud tihendustehnikad, nagu kuumtõukamine (HP) ja kuum isostaatiline surumine (HIP) kasutatakse ära.
Kuumtõukamine rakendab üheteljelist pinget (tavaliselt 30– 50 MPa) vahepealsetel temperatuuridel 2100 ° C ja 2300 °C, fragmentide ümberpaigutamise ja plastilise deformatsiooni soodustamine, paksuse ületamist lubades 95%.
HIP parandab veelgi tihendamist, rakendades isostaatilist gaasirõhku (100– 200 MPa) pärast kapseldamist, kõrvaldades suletud poorid ja saavutades peaaegu täistiheduse koos parema pragude tugevusega.
Lisandid nagu süsinik, räni, või nihutada metalli boriide (nt., TiB KAKS, CrB KAKS) kasutatakse mõnikord väikestes kogustes, et suurendada paagutatavust ja takistada terade kasvu, kuigi need võivad tahkust või neutronite neeldumise efektiivsust veidi vähendada.
Vaatamata nendele läbimurretele, teraviljapiiride nõrkus ja sisemine rabedus on jätkuvalt lakkamatuteks väljakutseteks, eriti elavate laadimistingimuste korral.
3. Mehaanilised toimingud ja jõudlus äärmuslikes koormustingimustes
3.1 Ballistilise takistuse ja tõrkesüsteemid
Boorkarbiidi on laialdaselt tunnustatud soomusvestide kerge ballistilise kaitse esmaklassilise materjalina, auto plaadistus, ja lennuki varjestus.
Selle kõrge tugevus võimaldab korralikult rikkuda ja väänata sissetulevaid mürske, nagu soomust läbistavad kuulid ja tükid, kineetilise jõu hajutamine pragudest koosnevate süsteemide kaudu, mikrokrakkimine, ja kohalik lavamuutus.
Sellest hoolimata, boorkarbiidil on nähtus nimega “amorfiseerimine šoki all,” kus, suure kiirusega kokkupõrke all (tavaliselt > 1.8 km/s), kristallstruktuur laguneb kohe korratuks, amorfne faas, millel puudub kandevõime, mille tulemuseks on traagiline ebaõnnestumine.
See rõhust põhjustatud amorfiseerumine, täheldatud in situ röntgendifraktsiooni ja TEM uuringute kaudu, on tingitud ikosaeedrisüsteemide ja CB-ahelate lagunemisest äärmusliku nihkepinge all.
Püüdlused selle leevendamiseks seisnevad teravilja parandamises, komposiit stiil (nt., B NELI C-SiC), ja pindala katmine painduva terasega, et aeglustada murdude levikut ja killustumist.
3.2 Kulumiskindlus ja tööstuslikud rakendused
Varem kaitse, boorkarbiidi kulumiskindlus muudab selle ideaalseks kaubanduslikeks rakendusteks, sealhulgas tugevaks kulumiseks, nagu liivapritsi pihustid, veejoaga lõikamise näpunäited, ja lihvimisainet.
Selle tugevus ületab oluliselt volframkarbiidi ja alumiiniumoksiidi oma, mis pikendab eluiga ja minimeerib ülalpidamiskulusid suure läbilaskevõimega tootmiskeskkondades.
Boorkarbiidist valmistatud elemendid võivad töötada kõrgsurve abrasiivsete voolude all ilma kiire hävitamiseta, kuigi tuleb olla ettevaatlik, et vältida protseduuri ajal termilist šokki ja tõmbepingeid.
Selle kasutamine tuumaseadmetes jõuab lisaks kulumiskindlate komponentideni gaasikäitlussüsteemides, kus on nõutav nii mehaaniline vastupidavus kui ka neutronite neeldumine.
4. Strateegilised rakendused tuumaenergias, Lennundus, ja arenevad tehnoloogiad
4.1 Neutronite neeldumise ja kiirguse varjestuslahendused
Boorkarbiidi üks olulisemaid mittesõjalisi rakendusi jääb aatomienergiasse, kus see toimib juhtpostides neutroneid neelava tootena, sulgemisgraanulid, ja kiirgusvarjestuskonstruktsioonid.
¹⁰ B isotoobi suure rikkuse tõttu (tavaliselt ~ 20%, saab aga rikastada > 90%), boorkarbiid püüab tõhusalt termilisi neutroneid ¹⁰ B kaudu(n, a)seitse Li vastust, alfafragmentide ja liitiumioonide loomine, mis on toote sees kergesti sisalduvad.
See reaktsioon ei ole radioaktiivne ja tekitab väga vähe pikaealisi kõrvalsaadusi, muudab boorkarbiidi palju ohutumaks ja stabiilsemaks kui alternatiivid, nagu kaadmium või hafnium.
Seda kasutatakse survevee aktivaatorites (PWR-id), keeva vee reaktorid (BWR-id), ja uurimistöö aktivaatorid, tavaliselt paagutatud graanulite kujul, riietatud torud, või komposiitpaneelid.
Selle stabiilsus neutronkiirguse all ja võime säilitada lõhustumisprodukte parandavad aktivaatori ohutust ja turvalisust ning pika kasutusiga.
4.2 Lennundus, Termoelektrikud, ja tulevased materjalipiirid
Lennunduses, Boorkarbiidi leitakse kasutamiseks hüperhelikiirusega autode esikülgedes, kus selle kõrge sulamistegur (~ 2450 °C), vähendatud paksus, ja soojuslöögikindlus pakuvad eeliseid metallisulamitega võrreldes.
Selle potentsiaal termoelektrilistes vidinates tuleneb selle kõrgest Seebecki koefitsiendist ja vähendatud soojusjuhtivusest, võimaldades heitsoojuse otsest muundamist elektrienergiaks rasketes atmosfäärides, näiteks süvakosmose sondid või tuumajõul töötavad süsteemid.
Samuti on käimas uuring süsiniknanotorude või grafeeniga boorkarbiidipõhiste komposiitide loomiseks, et suurendada multifunktsionaalse arhitektuurse elektroonika tugevust ja elektrijuhtivust.
Lisaks, selle pooljuhthooneid kasutatakse kiirguskindlates andurites ja detektorites ala- ja tuumarakendustes.
Kokkuvõttes, boorkarbiidist portselanid tähistavad vundamendimaterjali äärmise mehaanilise tõhususe ristmikul, tuumaprojekt, ja edenes tootmine.
Selle ainulaadne segu ülikõrgest tugevusest, vähendatud paksus, ja neutronite neeldumisvõime muudab selle kaitse- ja tuumatehnoloogia kaasaegsetes tehnoloogiates asendamatuks, samas kui jätkuvad uuringud, et laiendada oma energiat otse kosmosesse, energia muundamine, ja järgmise põlvkonna ühendid.
Kuna rafineerimisstrateegiad hoogustuvad ja tekivad uued komposiitkujundused, boorkarbiid jääb kindlasti kõige nõudlikumate tehnoloogiliste takistuste jaoks materjalide innovatsiooni esirinnas.
5. Turustaja
Advanced Ceramics asutati oktoobris 17, 2012, on kõrgtehnoloogia ettevõte, mis on pühendunud teadus- ja arendustegevusele, tootmine, töötlemine, keraamiliste materjalide ja toodete müük ja tehnilised teenused. Meie toodete hulka kuuluvad boorkarbiidist keraamilised tooted, kuid mitte ainult, Boornitriidi keraamikatooted, Ränikarbiidist keraamikatooted, Silikoonnitriidi keraamikatooted, Tsirkooniumdioksiidi keraamikatooted, jne. Kui olete huvitatud, võtke meiega julgelt ühendust.([email protected])
Sildid: Boorkarbiid, Boori keraamika, Boorkarbiidi keraamika
Kõik artiklid ja pildid on Internetist. Kui on autoriõigustega probleeme, kustutamiseks võtke meiega õigeaegselt ühendust.
Küsige meilt