سرامیک کاربید بور: فوق العاده سخت, مواد سبک وزن در مرزهای حفاظت بالستیک و فن آوری های جذب نوترون بلبرینگ سرامیکی

1. شیمی بنیادی و طراحی کریستالوگرافی کاربید بور

1.1 ترکیب مولکولی و پیچیدگی ساختاری

(سرامیک بور کاربید)

کاربید بور (ب چهار ج) به دلیل ترکیبی منحصر به فرد از استحکام شدید، به عنوان یکی از جذاب ترین و از نظر تکنولوژی حیاتی ترین مواد سرامیکی می باشد., ضخامت کم, و قابلیت جذب نوترون استثنایی.

از نظر شیمیایی, این یک ماده غیر استوکیومتری است که عمدتاً از اتم های بور و کربن تشکیل شده است, با فرمول ایده آل B4C, اگرچه ترکیب واقعی آن می تواند از B4 C تا B10 متفاوت باشد. پنج سی, منعکس کننده یک تنوع بزرگ همگن است که توسط سیستم های جایگزین در شبکه بلوری پیچیده آن اداره می شود.

چارچوب کریستالی کاربید بور از سیستم رومبوهدرال می آید (تیم فضایی R3̄m), توسط شبکه سه بعدی ایکوساهدرای 12 اتمی شناسایی شده است– مجموعه ای از اتم های بور– توسط زنجیره های مستقیم C-B-C یا C-C در امتداد محور سه ضلعی به هم متصل می شوند.

این ایکوساهدرها, هر کدام متشکل از 11 اتم های بور و 1 اتم کربن (B11 C), با B بسیار قوی پیوند کووالانسی دارند– ب, ب– سی, و سی– اوراق قرضه C, به مقاومت مکانیکی و امنیت حرارتی چشمگیر آن کمک می کند.

دیده شدن این واحدهای چند وجهی و زنجیره های بینابینی ناهمسانگردی معماری و مشکلات ذاتی را معرفی می کند., که هم بر عادات مکانیکی و هم خانه های دیجیتالی محصول تاثیر می گذارد.

بر خلاف چینی های ساده تر مانند آلومینا یا کاربید سیلیکون, معماری اتمی کاربید بور امکان انعطاف پذیری پیکربندی قابل توجهی را فراهم می کند, ایجاد نقص و گردش هزینه که بر عملکرد آن تحت استرس و اضطراب و تابش تأثیر می گذارد امکان پذیر است..

1.2 اقامتگاه های فیزیکی و الکترونیکی ناشی از پیوند اتمی

شبکه پیوند کووالانسی در کاربید بور منجر به یکی از بالاترین سختی شناخته شده ممکن در بین مواد مصنوعی می شود.– بعد از یاقوت و نیترید بور مکعبی دومین نفر است– به طور معمول از 30 به 38 میانگین نمرات در محدوده سفتی ویکرز.

ضخامت آن به شدت کاهش یافته است (~ 2.52 گرم بر سانتی متر شش), ساختن آن در اطراف 30% سبک تر از آلومینا و تقریبا 70% سبک تر از فولاد, یک مزیت مهم در کاربردهای حساس به وزن مانند سپر فردی و قطعات هوافضا.

کاربید بور بی اثری شیمیایی برجسته ای از خود نشان می دهد, مقاومت در برابر ضربه های زیاد اسیدها و آنتی اسیدها در سطح دمای فضا, اگرچه می تواند بیش از حد اکسید شود 450 درجه سانتیگراد در هوا, ایجاد اکسید بوریک (B₂ O شش) و co2, که ممکن است صداقت ساختاری را در تنظیمات اکسیداتیو با دمای بالا به خطر بیندازد.

دارای شکاف باند وسیعی است (~ 2.1 eV), طبقه بندی آن به عنوان یک نیمه هادی با کاربردهای بالقوه در الکترونیک با دمای بالا و آشکارسازهای تشعشع.

علاوه بر این, ضریب بالای Seebeck و کاهش رسانایی حرارتی آن را به یک کاندید برای تبدیل انرژی ترموالکتریک تبدیل کرده است., به ویژه در محیط های سخت که مواد سنتی شکست می خورند.

(سرامیک بور کاربید)

این محصول علاوه بر این، جذب نوترون خارق العاده ای را به دلیل سطح مقطع جذب نوترون بالای ایزوتوپ 10 B نشان می دهد. (در مورد 3837 انبارهای نوترون های حرارتی), آن را در میله های کنترل راکتور هسته ای ضروری می کند, محافظت کردن, و سیستم های فضای ذخیره سازی گاز را سرمایه گذاری کرد.

2. سنتز, هندلینگ, و موانع در تراکم

2.1 روشهای تولید صنعتی و ساخت پودر

کاربید بور تا حد زیادی با کاهش کربوترمال اسید بوریک در دمای بالا ایجاد می شود (H 3 BO 3) یا اکسید بور (B₂ O FIVE) با منابع کربنی مانند کک نفتی یا زغال چوب در بخاری های قوس الکتریکی در حال اجرا است 2000 درجه سانتیگراد.

پاسخ به صورت ادامه می یابد: 2ب دو و دو + 7C → B FOUR C + 6CO, تولید درشت, پودرهای زاویه ای که برای دستیابی به اندازه قطعات زیر میکرونی مناسب برای جابجایی سرامیک به آسیاب قابل توجهی نیاز دارند..

مسیرهای سنتز جایگزین شامل سنتز خود تکثیر شونده در دمای بالا است (SHS), رسوب بخار شیمیایی ناشی از لیزر (CVD), و تکنیک های به کمک پلاسما, که از کنترل بهتری بر استوکیومتری و مورفولوژی قطعه استفاده می کنند اما برای استفاده صنعتی مقیاس پذیرتر هستند.

به دلیل استحکام شدید آن, آسیاب کردن کاربید بور مستقیماً به صورت پودرهای عالی انرژی بر است و در برابر آلودگی از رسانه های رنده آسیب پذیر است., نیاز به استفاده از آسیاب های روکش شده با کاربید بور یا کمک های آسیاب پلیمری برای حفظ خلوص.

پودرهای به دست آمده باید به دقت شناسایی و جداسازی شوند تا بسته بندی یکنواخت و پخت قابل اطمینان تضمین شود..

2.2 محدودیت های پخت و رویکردهای ترکیبی پیشرفته

یک مشکل قابل توجه در ساخت سرامیک کاربید بور ماهیت پیوند کووالانسی و ضریب خود انتشار پایین آن است., که به شدت چگالش را در طی پخت استاندارد بدون فشار محدود می کنند.

همچنین در دمای نزدیک 2200 درجه سانتیگراد, تف جوشی بدون فشار معمولاً چینی هایی با 80 تولید می کند– 90% ضخامت آکادمیک, ایجاد تخلخل باقیمانده که استقامت مکانیکی و عملکرد بالستیک را کاهش می دهد.

برای تسخیر این, تکنیک های متراکم سازی پیشرفته مانند هل دادن گرم (HP) و هل ایزواستاتیک داغ (HIP) استفاده می شوند.

فشار داغ فشار تک محوری اعمال می کند (معمولا 30– 50 MPa) در دمای بین 2100 درجه سانتی گراد و 2300 درجه سانتیگراد, ترویج بازآرایی قطعه و تغییر شکل پلاستیک, اجازه می دهد تا ضخامت بیش از حد 95%.

HIP با اعمال فشار گاز ایزواستاتیک تراکم را حتی بیشتر بهبود می بخشد (100– 200 MPa) پس از کپسوله کردن, از بین بردن منافذ بسته و دستیابی به تراکم تقریباً کامل با بهبود چقرمگی ترک.

مواد افزودنی مانند کربن, سیلیکون, یا جابجایی بوریدهای فلزی (به عنوان مثال, TiB TWO, CrB TWO) گاهی اوقات به مقدار کمی برای افزایش پخت پذیری و جلوگیری از رشد دانه معرفی می شوند, اگرچه ممکن است کمی کارایی جذب جامد یا نوترون را به حداقل برسانند.

با وجود این پیشرفت ها, ضعف مرز دانه و شکنندگی ذاتی همچنان چالش های بی امان هستند, به طور خاص در شرایط بارگذاری پر جنب و جوش.

3. اقدامات مکانیکی و عملکرد در شرایط بارگذاری شدید

3.1 سیستم های مقاومت بالستیک و شکست

کاربید بور به طور گسترده به عنوان یک ماده برتر برای محافظت سبک وزن بالستیک در زره بدن شناخته می شود., آبکاری ماشین, و محافظ هواپیما.

استحکام بالای آن را قادر می سازد تا پرتابه های وارده مانند گلوله ها و قطعات سوراخ کننده زره را به درستی تخریب و منحرف کند., اتلاف نیروی جنبشی از طریق سیستم های متشکل از ترک, میکروکراکینگ, و تغییر مرحله محلی.

با این وجود, کاربید بور پدیده ای به نام را نشان می دهد “آمورفیزاسیون تحت شوک,” کجا, تحت ضربه با سرعت بالا (معمولا > 1.8 کیلومتر بر ثانیه), ساختار کریستالی درست به یک ساختار بی نظم تجزیه می شود, فاز آمورف که ظرفیت باربری ندارد, منجر به شکست غم انگیز می شود.

این آمورفیزاسیون ناشی از فشار, از طریق پراش اشعه ایکس درجا و مطالعات TEM مشاهده شد, به شکست سیستم های ایکو وجهی و زنجیره های C-B-C تحت تنش برشی شدید نسبت داده می شود..

تلاش برای کاهش این امر شامل بهبود دانه است, سبک ترکیبی (به عنوان مثال, B FOUR C-SiC), و پوشش سطح با فولادهای انعطاف پذیر برای به تاخیر انداختن تکثیر شکستگی و تکه تکه شدن.

3.2 مقاومت در برابر سایش و کاربردهای صنعتی

دفاع گذشته, مقاومت سایشی کاربید بور آن را برای کاربردهای تجاری از جمله سایش شدید ایده آل می کند, مانند نازل های سندبلاست, نکات برش جت آب, و رسانه های آسیاب.

استحکام آن به طور قابل ملاحظه ای از کاربید تنگستن و آلومینا فراتر می رود, منجر به طول عمر طولانی و به حداقل رساندن هزینه های نگهداری در اتمسفرهای تولید با توان بالا.

عناصر ساخته شده از کاربید بور می توانند تحت جریان های ساینده با فشار بالا بدون تخریب سریع عمل کنند, اگر چه برای جلوگیری از شوک حرارتی و تنش های کششی در طول عمل باید دقت لازم باشد.

استفاده از آن در تنظیمات هسته ای علاوه بر این به اجزای مقاوم در برابر سایش در سیستم های انتقال گاز می رسد, که در آن استحکام مکانیکی و جذب نوترون هر دو مورد نیاز است.

4. کاربردهای استراتژیک در هسته ای, هوافضا, و فناوری های نوظهور

4.1 محلول های جذب نوترون و محافظ تابش

یکی از مهمترین کاربردهای غیر نظامی کاربید بور در انرژی اتمی باقی مانده است, جایی که به عنوان یک محصول جذب کننده نوترون در قطب های کنترل عمل می کند, گلوله های بسته, و سازه های محافظ تشعشع.

به دلیل ثروت بالای ایزوتوپ 10 B (به طور معمول ~ 20%, با این حال می تواند به > غنی شود 90%), کاربید بور به طور موثر نوترون های حرارتی را از طریق 10 B می گیرد(n, الف)پاسخ هفت لی, ایجاد قطعات آلفا و یون های لیتیوم که به راحتی در محصول قرار می گیرند.

این واکنش غیر رادیواکتیو است و محصولات جانبی با عمر بسیار کمی تولید می کند, ساخت کاربید بور بسیار ایمن تر و بسیار پایدارتر از جایگزین هایی مانند کادمیوم یا هافنیوم.

از آن در فعال کننده های آب تحت فشار استفاده می شود (PWR ها), راکتورهای آب جوش (BWR ها), و فعالان تحقیق, معمولاً به شکل گلوله های متخلخل, لوله های پوشیده شده, یا پانل های کامپوزیت.

پایداری آن تحت تابش نوترون و توانایی حفظ محصولات شکافت باعث بهبود ایمنی و امنیت فعال کننده و عمر طولانی عملیاتی می شود..

4.2 هوافضا, ترموالکتریک, و مرزهای مواد آینده

در هوافضا, کاربید بور برای استفاده در کناره های پیشرو خودروهای مافوق صوت کشف شده است, جایی که ضریب ذوب بالای آن است (~ 2450 درجه سانتیگراد), کاهش ضخامت, و مقاومت در برابر شوک حرارتی مزایایی نسبت به آلیاژهای فلزی دارد.

پتانسیل آن در ابزارهای ترموالکتریک ناشی از ضریب بالای Seebeck و کاهش هدایت حرارتی آن است., امکان تبدیل مستقیم گرمای زباله به انرژی الکتریکی در اتمسفرهای شدید مانند کاوشگرهای فضای عمیق یا سیستم های هسته ای.

همچنین مطالعه‌ای برای ایجاد کامپوزیت‌های مبتنی بر کاربید بور با نانولوله‌های کربنی یا گرافن برای افزایش چقرمگی و رسانایی الکتریکی برای الکترونیک معماری چند منظوره در حال انجام است..

علاوه بر این, ساختمان های نیمه هادی آن در واحدهای حسگر و آشکارسازهای سخت شده با تشعشع برای کاربردهای منطقه و هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند..

به طور خلاصه, پرسلن های کاربید بور به عنوان یک ماده پایه در محل اتصال با کارایی مکانیکی فوق العاده هستند., طراحی هسته ای, و تولید را پیشرفت داد.

ترکیبی بی نظیر از استحکام فوق العاده بالا, کاهش ضخامت, و توانایی جذب نوترون آن را در فناوری های مدرن دفاعی و هسته ای غیرقابل جایگزین می کند, در حالی که مطالعات تحقیقاتی مستمر برای گسترش انرژی آن به سمت هوافضا باقی مانده است, تبدیل انرژی, و ترکیبات نسل بعدی.

با تقویت استراتژی های پالایش و ظهور طرح های ترکیبی جدید, کاربید بور مطمئناً در لبه اول نوآوری مواد برای ضروری ترین موانع تکنولوژیک باقی خواهد ماند..

5. توزیع کننده

Advanced Ceramics در اکتبر تاسیس شد 17, 2012, یک شرکت با فناوری بالا متعهد به تحقیق و توسعه است, تولید, پردازش, فروش و خدمات فنی مواد و محصولات نسبی سرامیک. محصولات ما شامل اما نه محدود به محصولات سرامیک کاربید بور است, محصولات سرامیکی نیترید بور, محصولات سرامیکی سیلیکون کاربید, محصولات سرامیکی سیلیکون نیترید, محصولات سرامیکی زیرکونیوم دی اکسید, و غیره. اگر علاقه مند هستید, لطفا با ما تماس بگیرید([email protected])
برچسب ها: کاربید بور, سرامیک بور, سرامیک بور کاربید

همه مقالات و تصاویر از اینترنت هستند. اگر هر گونه مشکل کپی رایت وجود دارد, لطفا به موقع برای حذف با ما تماس بگیرید.

از ما پرس و جو کنید