1. A bór-karbid alapvető kémiája és kristálytani tervezése
1.1 Molekuláris összetétel és szerkezeti komplexitás
(Bórkarbid kerámia)
Bór-karbid (B NÉGY C) az egyik legérdekesebb és technológiailag legfontosabb kerámiaanyag a kemény szilárdság egyedülálló kombinációja miatt, alacsony vastagság, és kivételes neutronelnyelő képesség.
Kémiailag, ez egy nem sztöchiometrikus anyag, amely elsősorban bórból és szénatomokból áll, B ₄ C idealizált képlettel, bár valós összetétele B4C-től B1₀-ig változhat. ÖT C, amely a komplex kristályrácsán belüli alternatív rendszerek által szabályozott nagy homogenitási változatot tükrözi.
A bór-karbid kristályváza a romboéder rendszerből származik (űrcsapat R3̄m), 12 atomból álló ikozaéder háromdimenziós hálózata azonosítja– bór atomok gyűjteményei– közvetlen C-B-C vagy C-C láncok kötik össze a trigonális tengely mentén.
Ezek az ikozaéderek, mindegyik abból áll 11 bór atomok és 1 szénatom (B1₁ C), kovalensen kötődnek a rendkívül erős B-vel– B, B– C, és C– C kötvények, hozzájárulva lenyűgöző mechanikai szilárdságához és hőbiztonságához.
E poliéderes egységek és intersticiális láncok láthatósága építészeti anizotrópiát és belső problémákat okoz, amelyek a termék mechanikai szokásait és digitális otthonait egyaránt érintik.
Ellentétben az egyszerűbb porcelánokkal, mint például az alumínium-oxid vagy a szilícium-karbid, A bór-karbid atomszerkezete jelentős konfigurációs rugalmasságot tesz lehetővé, lehetővé téve a hibaképződést és a díjkeringést, amelyek befolyásolják a teljesítményét stressz, szorongás és besugárzás esetén.
1.2 Az atomkötésből származó fizikai és elektronikus lakóhelyek
A bór-karbid kovalens kötési hálózata a szintetikus anyagok közül az egyik legmagasabb elismert keménységi értékhez vezet– a rubin és a köbös bór-nitrid után a második– jellemzően től kezdve 30 hogy 38 A Vickers szilárdsági tartomány osztályzati átlaga.
Vastagsága rendkívül lecsökkent (~ 2.52 g/cm HAT), körülvéve 30% könnyebb, mint az alumínium-oxid és majdnem 70% könnyebb az acélnál, döntő előny a súlyérzékeny alkalmazásokban, mint például az egyedi pajzsok és az űrrepülőgép-alkatrészek.
A bór-karbid kiemelkedő kémiai tehetetlenséggel rendelkezik, térhőmérsékleten sok sav és savlekötő hatásának ellenáll, bár átoxidálódhat 450 °C a levegőben, bór-oxid létrehozása (B ₂ O HAT) és co2, ami veszélyeztetheti a szerkezeti őszinteséget magas hőmérsékletű oxidatív körülmények között.
Széles sávszélességgel rendelkezik (~ 2.1 eV), félvezetőként való besorolása, amely potenciálisan alkalmazható magas hőmérsékletű elektronikában és sugárzásérzékelőkben.
Továbbá, magas Seebeck-együtthatója és csökkentett hővezető képessége a termoelektromos energiaátalakítás jelöltjévé teszik, különösen nehéz körülmények között, ahol a hagyományos anyagok tönkremennek.
(Bórkarbid kerámia)
A termék emellett fenomenális neutronabszorpciót mutat a ¹⁰ B izotóp nagy neutronbefogási keresztmetszete miatt (körülbelül 3837 pajta termikus neutronok számára), nélkülözhetetlenné teszi az atomreaktor vezérlőrudaiban, védelmező, és gáztároló térrendszereket fektetett be.
2. Szintézis, Kezelés, és Akadályok a sűrűsödésben
2.1 Ipari gyártási és porgyártási módszerek
A bór-karbid nagyrészt a bórsav magas hőmérsékletű karbotermikus csökkentésével jön létre (H ₃ BO ₃) vagy bór-oxid (B ₂ O ÖT) az elektromos ívfűtőkben lévő szénforrások, például petróleumkoksz vagy faszén 2000 °C.
A válasz így folytatódik: 2B KETTŐ O KETTŐ + 7C → B NÉGY C + 6CO, durvát generál, szögletes porok, amelyek jelentős őrlést igényelnek a kerámiakezeléshez megfelelő szubmikronos töredékméretek eléréséhez.
Az alternatív szintézis utak közé tartozik az önszaporító magas hőmérsékletű szintézis (SHS), lézerrel indukált kémiai gőzleválasztás (CVD), és plazmával segített technikák, amelyek jobban szabályozzák a sztöchiometriát és a fragmentumok morfológiáját, ugyanakkor kevésbé méretezhetők ipari felhasználásra.
Erős szilárdsága miatt, A bór-karbid porrá őrlése energiaigényes és érzékeny a rácsos közegből származó szennyeződésekre, igényes bór-karbid bélésű malmok vagy polimer őrlési segédanyagok használata a tisztaság megőrzése érdekében.
A keletkező porokat gondosan azonosítani és deagglomerálni kell az egyenletes csomagolás és a megbízható szinterezés érdekében.
2.2 Szinterezési korlátozások és fejlett kombinációs megközelítések
A bór-karbid kerámia konstrukció egyik jelentős nehézsége a kovalens kötés és az alacsony öndiffúziós együttható., amelyek erősen korlátozzák a sűrűséget a szabványos nyomás nélküli szinterezés során.
Közeledő hőmérsékleten is 2200 °C, nyomás nélküli szinterezéssel általában 80-as porcelánokat állítanak elő– 90% akadémiai vastagságú, maradék porozitást hagy maga után, amely rontja a mechanikai állóképességet és a ballisztikus teljesítményt.
Ezt meghódítani, előrehaladott tömörítési technikák, mint például a forró nyomás (HP) és forró izosztatikus tolás (CSÍPŐ) hasznosulnak.
A forró nyomás egytengelyű feszültséget fejt ki (általában 30– 50 MPa) közötti hőmérsékleten 2100 ° C és 2300 °C, elősegíti a töredékek átrendeződését és a képlékeny deformációt, vastagság túllépését teszi lehetővé 95%.
A HIP izosztatikus gáznyomás alkalmazásával még jobban javítja a tömörítést (100– 200 MPa) tokozás után, megszünteti a zárt pórusokat, és közel teljes sűrűséget ér el, javított repedésállósággal.
Adalékanyagok, például szén, szilícium, vagy shift fémboridok (például, TiB TWO, CrB TWO) néha kis mennyiségben kerülnek bevezetésre a szinterezhetőség fokozása és a szemek növekedésének gátlása érdekében, bár kissé minimalizálhatják a szilárdságot vagy a neutronelnyelés hatékonyságát.
Ezen áttörések ellenére, a szemcsehatár gyengesége és a belső ridegség továbbra is könyörtelen kihívást jelent, kifejezetten élénk terhelési körülmények között.
3. Mechanikai műveletek és teljesítmény extrém terhelési körülmények között
3.1 Ballisztikai ellenállás és hibarendszerek
A bór-karbidot széles körben elismerték a testpáncél könnyű ballisztikai védelmének elsőrangú anyagaként, autó borítás, és a repülőgépek árnyékolása.
Nagy szilárdsága lehetővé teszi a bejövő lövedékek, például páncéltörő golyók és darabok megfelelő elhasználódását és elvetemítését., a kinetikus erőt repedésből álló rendszereken keresztül disszipálja, mikrorepedés, és helyi színpadváltás.
Azonban, A bór-karbid az úgynevezett jelenséget jeleníti meg “sokk alatti amorfizálás,” ahol, nagy sebességű behatás alatt (általában > 1.8 km/s), a kristályszerkezet egyenesen rendezetlenné bomlik, amorf fázis, amelynek nincs teherbíró képessége, tragikus kudarcot eredményezve.
Ez a nyomás által kiváltott amorfizáció, in situ röntgendiffrakciós és TEM-vizsgálatokkal figyelték meg, Az ikozaéder rendszerek és a C-B-C láncok extrém nyírófeszültség alatti lebomlásának tulajdonítható.
Ennek enyhítésére irányuló erőfeszítések a gabonafélék javításából állnak, összetett stílus (például, B NÉGY C-SiC), és a felületet rugalmas acél borítja a repedések elszaporodásának késleltetése és a töredezettség érdekében.
3.2 Kopásállóság és ipari alkalmazások
Múltbeli védekezés, A bór-karbid kopásállósága ideálissá teszi a kereskedelmi alkalmazásokhoz, beleértve az erős kopást is, például homokfúvó fúvókák, vízsugaras vágóhegyek, és őrlőközeg.
Szilárdsága lényegesen meghaladja a volfrám-karbidét és az alumínium-oxidét, ami meghosszabbítja az élettartamot és minimálisra csökkenti a fenntartási költségeket nagy áteresztőképességű gyártási környezetben.
A bór-karbidból készült elemek nagynyomású csiszolóanyag-áramban működhetnek gyors tönkremenetel nélkül, bár ügyelni kell arra, hogy az eljárás során elkerüljük a hősokkot és a húzófeszültséget.
A nukleáris környezetben történő felhasználása emellett eléri a gázkezelő rendszerek kopásálló komponenseit is, ahol a mechanikai szilárdság és a neutronelnyelés egyaránt szükséges.
4. Stratégiai alkalmazások az atomenergiában, Repülőgép, és az Emerging Technologies
4.1 Neutronabszorpciós és sugárzásvédő megoldások
A bór-karbid egyik legfontosabb nem katonai felhasználása az atomenergiában marad, ahol a vezérlő pólusokban neutronelnyelő termékként szolgál, záró pellet, és sugárzásvédő szerkezetek.
A ¹⁰ B izotóp nagy gazdagsága miatt (általában ~ 20%, azonban >-ig gazdagítható 90%), A bór-karbid hatékonyan fogja fel a termikus neutronokat a ¹⁰ B-n keresztül(n, a)hét Li válasz, alfa-fragmensek és lítium-ionok létrehozása, amelyek könnyen megtalálhatók a termékben.
Ez a reakció nem radioaktív, és nagyon kevés hosszú élettartamú mellékterméket termel, így a bór-karbid sokkal biztonságosabb és sokkal stabilabb, mint az olyan alternatívák, mint a kadmium vagy a hafnium.
Nyomás alatti vizes aktivátorokban használják (PWR-ek), forrásban lévő vizes reaktorok (BWR-ek), és kutatási aktivátorok, jellemzően szinterezett pellet formájában, öltözött csöveket, vagy kompozit panelek.
Stabilitása neutron besugárzás mellett és a hasadási termékeket fenntartó képessége javítja az aktivátor biztonságát és a hosszú élettartamot.
4.2 Repülőgép, Hőelektromos anyagok, és a jövő anyagi határai
Az űrhajózásban, Felfedezik a bór-karbidot a hiperszonikus autók vezetőoldalaiban való felhasználásra, ahol magas olvadási tényezője (~ 2450 °C), csökkentett vastagság, és a hősokkállóság előnyöket kínál a fémötvözetekkel szemben.
A termoelektromos eszközökben rejlő potenciál magas Seebeck-együtthatójából és csökkentett hővezető képességéből adódik, lehetővé teszi a hulladékhő elektromos energiává történő közvetlen átalakítását súlyos légkörben, például mélyűrszondákban vagy nukleáris meghajtású rendszerekben.
Tanulmányok zajlanak továbbá szén nanocsöveket vagy grafént tartalmazó bór-karbid alapú kompozitok létrehozására a többfunkciós építészeti elektronika szívósságának és elektromos vezetőképességének növelésére..
Továbbá, félvezető épületeit sugárzásálló érzékelőegységekben és detektorokban használják területi és nukleáris alkalmazásokhoz.
Összefoglalóban, A bór-karbid porcelánok az extrém mechanikai hatékonyságú alapozóanyagot jelentik, nukleáris tervezés, és haladt a termelés.
Az ultra-magas szilárdság egyedülálló keveréke, csökkentett vastagság, neutronelnyelő képessége pedig pótolhatatlanná teszi a védelmi és nukleáris modern technológiákban, miközben a folyamatos kutatás továbbra is hátra van, hogy energiáját a repülésre is kiterjessze, energiaátalakítás, és a következő generációs vegyületek.
Ahogy a finomítási stratégiák fellendülnek, és új kompozit tervek jelennek meg, A bór-karbid minden bizonnyal az élvonalban marad az anyaginnovációban a leginkább igénylő technológiai akadályok esetén.
5. Elosztó
Az Advanced Ceramics októberben alakult 17, 2012, egy high-tech vállalkozás, amely elkötelezett a kutatás és fejlesztés mellett, termelés, feldolgozás, kerámia relatív anyagok és termékek értékesítése és műszaki szolgáltatásai. Termékeink közé tartoznak, de nem kizárólagosan, bórkarbid kerámiatermékek, Bór-nitrid kerámiatermékek, Szilícium-karbid kerámiatermékek, Szilícium-nitrid kerámiatermékek, Cirkónium-dioxid kerámiatermékek, stb. Ha érdekel, kérjük, forduljon hozzánk bizalommal.([email protected])
Címkék: Bór-karbid, Bór kerámia, Bórkarbid kerámia
Minden cikk és kép az internetről származik. Ha szerzői jogi problémák merülnek fel, kérjük, időben lépjen kapcsolatba velünk a törléshez.
Érdeklődjön tőlünk