1. Բորի կարբիդի հիմնարար քիմիա և բյուրեղագրական ձևավորում
1.1 Մոլեկուլային կազմը և կառուցվածքային բարդությունը
(Բորի կարբիդ կերամիկա)
Բորի կարբիդ (Բ ՉՈՐՍ Գ) Հանդիսանում է որպես ամենահետաքրքիր և տեխնոլոգիապես կարևոր կերամիկական նյութերից մեկը խիստ ամրության յուրահատուկ համակցության շնորհիվ, ցածր հաստություն, և բացառիկ նեյտրոնների կլանման հնարավորություն.
Քիմիական, այն ոչ ստոյխիոմետրիկ նյութ է, որը հիմնականում կազմված է բորի և ածխածնի ատոմներից, B ₄ C-ի իդեալականացված բանաձևով, չնայած դրա իրական կազմը կարող է տատանվել B ₄ C-ից մինչև B 10. ՀԻՆԳ Գ, արտացոլում է միատարրության մեծ բազմազանություն, որը ղեկավարվում է այլընտրանքային համակարգերով իր բարդ բյուրեղային ցանցի ներսում.
Բորի կարբիդի բյուրեղային շրջանակը գալիս է ռոմբոեդրային համակարգից (տիեզերական թիմ R3̄m), նույնականացվել է 12-ատոմ իկոսահեդրից բաղկացած եռաչափ ցանցով– բորի ատոմների հավաքածուներ– կապված ուղիղ C-B-C կամ C-C շղթաներով եռանկյուն առանցքի երկայնքով.
Այս icosahedra, յուրաքանչյուրը բաղկացած է 11 բորի ատոմները և 1 ածխածնի ատոմ (B 11 C), կովալենտորեն կապված են զգալի ուժեղ Բ–ի հետ– Բ, Բ– Գ, և Ք– C պարտատոմսեր, նպաստելով նրա տպավորիչ մեխանիկական ամրությանը և ջերմային անվտանգությանը.
Այս բազմանիստ միավորների և ինտերստիցիալ շղթաների տեսանելիությունը ներկայացնում է ճարտարապետական անիզոտրոպիա և ներքին խնդիրներ, որոնք ազդում են արտադրանքի և՛ մեխանիկական սովորությունների, և՛ թվային տների վրա.
Ի տարբերություն ավելի հեշտ ճենապակիների, ինչպիսիք են ալյումինե կամ սիլիցիումի կարբիդը, բորի կարբիդի ատոմային ճարտարապետությունը թույլ է տալիս զգալի կազմաձևման ճկունություն, հնարավոր դարձնելով արատների ձևավորում և վճարների շրջանառություն, որոնք ազդում են դրա աշխատանքի վրա սթրեսի և անհանգստության և ճառագայթման պայմաններում.
1.2 Ֆիզիկական և էլեկտրոնային բնակավայրեր, որոնք առաջանում են ատոմային կապից
Բորի կարբիդում կովալենտային կապի ցանցը հանգեցնում է սինթետիկ նյութերի ամենաբարձր կարծրության ճանաչված արժեքներից մեկի– զիջում է միայն ռուբինին և խորանարդ բորի նիտրիդին– սովորաբար տատանվում է 30 դեպի 38 Վիկերսի ամրության միջակայքի միջին միավորը.
Դրա հաստությունը չափազանց կրճատված է (~ 2.52 գ/սմ ՎԵՑ), դարձնելով այն շուրջը 30% ավելի թեթև, քան ալյումինե և համարյա 70% ավելի թեթև, քան պողպատը, կարևոր առավելություն քաշի նկատմամբ զգայուն կիրառություններում, ինչպիսիք են անհատական վահանը և օդատիեզերական մասերը.
Բորի կարբիդը ցուցաբերում է ակնառու քիմիական իներտություն, դիմակայել շատ թթուների և հակաթթուների հարվածներին տիեզերական ջերմաստիճանի մակարդակում, չնայած այն կարող է օքսիդանալ 450 ° C օդում, բորի օքսիդի ստեղծում (B ₂ O ՎԵՑ) եւ co2, ինչը կարող է վտանգել կառուցվածքային ազնվությունը բարձր ջերմաստիճանի օքսիդատիվ պարամետրերում.
Ունի լայն կապանք (~ 2.1 eV), դասակարգելով այն որպես կիսահաղորդիչ՝ բարձր ջերմաստիճանի էլեկտրոնիկայի և ճառագայթային դետեկտորների պոտենցիալ կիրառմամբ.
Ավելին, նրա բարձր Seebeck գործակիցը և նվազեցված ջերմային հաղորդունակությունը այն դարձնում են ջերմաէլեկտրական էներգիայի փոխակերպման թեկնածու, հատկապես ծանր միջավայրերում, որտեղ ավանդական նյութերը ձախողվում են.
(Բորի կարբիդ կերամիկա)
Ապրանքը լրացուցիչ ցույց է տալիս նեյտրոնի ֆենոմենալ կլանումը 10 B իզոտոպի նեյտրոնային գրավման բարձր խաչմերուկի շնորհիվ: (մասին 3837 ամբարներ ջերմային նեյտրոնների համար), դարձնելով այն կարևոր միջուկային ռեակտորի կառավարման ձողերում, պաշտպանելով, և ներդրված գազի պահեստային համակարգեր.
2. Սինթեզ, Բեռնաթափում, և խտացման խոչընդոտները
2.1 Արդյունաբերական արտադրության և փոշու կառուցման մեթոդներ
Բորի կարբիդը հիմնականում առաջանում է բորաթթվի բարձր ջերմաստիճանի ածխաջերմային նվազմամբ (H ₃ BO ₃) կամ բորի օքսիդ (B ₂ O ՀԻՆԳ) ածխածնի պաշարներով, ինչպիսիք են նավթային կոքսը կամ փայտածուխը էլեկտրական աղեղային տաքացուցիչներում 2000 ° C.
Պատասխանը շարունակվում է այսպես: 2B ԵՐԿՈՒ O ԵՐԿՈՒ + 7C → B ՉՈՐՍ Գ + 6CO, առաջացնող կոպիտ, անկյունային փոշիներ, որոնք զգալի ֆրեզման կարիք ունեն՝ կերամիկական մշակման համար համապատասխան ենթամիկրոն բեկորների չափսեր ստանալու համար.
Սինթեզի այլընտրանքային ուղիները ներառում են ինքնաբազմացող բարձր ջերմաստիճանի սինթեզ (ՇՍ), լազերային առաջացրած քիմիական գոլորշիների նստեցում (CVD), և պլազմայի օգնությամբ տեխնիկա, որոնք ավելի լավ են վերահսկում ստոիքիոմետրիան և բեկորային ձևաբանությունը, սակայն արդյունաբերական օգտագործման համար ավելի քիչ ընդլայնելի են.
Իր խիստ ամրության շնորհիվ, բորի կարբիդը ճիշտ փոշու մեջ մանրացնելը էներգատար է և խոցելի է աղտոտման համար քերող միջավայրից, մաքրությունը պահպանելու համար պահանջելով օգտագործել բորի կարբիդով պատված ջրաղացներ կամ պոլիմերային հղկման օժանդակ միջոցներ.
Ստացված փոշիները պետք է մանրակրկիտ նույնականացվեն և ապաագլոմերացվեն՝ միատեսակ փաթեթավորումն ու հուսալի սինթրումը երաշխավորելու համար:.
2.2 Սինտերինգի սահմանափակումներ և առաջադեմ համակցման մոտեցումներ
Բորի կարբիդի կերամիկական կառուցվածքի զգալի դժվարությունը նրա կովալենտային կապի բնույթն է և ցածր ինքնատարածման գործակիցը, որոնք խիստ սահմանափակում են խտացումը ստանդարտ առանց ճնշման սինթրման ժամանակ.
Նաև մոտեցող ջերմաստիճանի դեպքում 2200 ° C, առանց ճնշման սինթրինգով սովորաբար արտադրվում են ճենապակու 80– 90% ակադեմիական հաստությամբ, թողնելով մնացորդային ծակոտկենություն, որը քայքայում է մեխանիկական կայունությունը և բալիստիկ կատարումը.
Սա նվաճելու համար, առաջադեմ խտացման մեթոդներ, ինչպիսիք են տաք հրում (HP) և տաք իզոստատիկ հրում (ՀԻՊ) օգտագործվում են.
Տաք հրումը կիրառում է միակողմանի լարվածություն (սովորաբար 30– 50 ՄՊա) միջակայքում գտնվող ջերմաստիճաններում 2100 ° C և 2300 ° C, խթանելով բեկորների վերադասավորումը և պլաստիկ դեֆորմացիան, թույլ տալով գերազանցել հաստությունը 95%.
HIP-ն էլ ավելի է բարելավում խտացումը՝ կիրառելով գազի իզոստատիկ ճնշում (100– 200 ՄՊա) ինկապսուլյացիայից հետո, վերացնելով փակ ծակոտիները և ձեռք բերել գրեթե ամբողջական խտություն՝ բարելավված ճաքերի դիմացկունությամբ.
Հավելումներ, ինչպիսիք են ածխածինը, սիլիցիում, կամ տեղափոխել մետաղական բորիդներ (օր., TiB ԵՐԿՈՒՍ, CrB ԵՐԿՈՒ) երբեմն ներմուծվում են փոքր քանակությամբ՝ խթանելու սինտերունակությունը և խոչընդոտելու հացահատիկի աճը, չնայած նրանք կարող են մի փոքր նվազագույնի հասցնել ամրությունը կամ նեյտրոնների կլանման արդյունավետությունը.
Չնայած այս բեկումներին, Հացահատիկի սահմանների թուլությունը և ներքին փխրունությունը շարունակում են մնալ անողոք մարտահրավերներ, հատկապես աշխույժ բեռնման պայմաններում.
3. Մեխանիկական գործողություններ և կատարում ծայրահեղ ծանրաբեռնվածության պայմաններում
3.1 Բալիստիկ դիմադրության և խափանումների համակարգեր
Բորի կարբիդը լայնորեն ճանաչված է որպես զրահաբաճկոնների թեթև բալիստիկ պաշտպանության համար առաջնակարգ նյութ, մեքենայի երեսպատում, և ինքնաթիռի պաշտպանություն.
Նրա բարձր ամրությունը թույլ է տալիս նրան պատշաճ կերպով փչացնել և շեղել մուտքային արկերը, ինչպիսիք են զրահաթափանց փամփուշտները և կտորները, կինետիկ ուժի ցրում ճեղքից բաղկացած համակարգերի միջոցով, microcracking, և տեղական փուլային փոփոխություն.
Այնուամենայնիվ, բորի կարբիդը դրսևորում է մի երևույթ, որը կոչվում է “ամորֆիզացում շոկի տակ,” որտեղ, բարձր արագության ազդեցության տակ (սովորաբար > 1.8 կմ/վրկ), բյուրեղային կառուցվածքը քայքայվում է անմիջապես անկարգության, ամորֆ փուլ, որը չունի կրող հզորություն, արդյունքում ողբերգական ձախողում.
Այս ճնշումից առաջացած ամորֆիզացիան, դիտվել է տեղում ռենտգենյան դիֆրակցիայի և TEM ուսումնասիրությունների միջոցով, վերագրվում է իկոսաեդրային համակարգերի և C-B-C շղթաների քայքայմանը ծայրահեղ կտրվածքային սթրեսի պայմաններում.
Սա մեղմելու ջանքերը բաղկացած են հացահատիկի բարելավումից, կոմպոզիտային ոճ (օր., B ՉՈՐՍ C-SiC), և մակերեսի մակերեսը ծածկված ճկուն պողպատներով՝ կոտրվածքների տարածումը հետաձգելու և մասնատվելու համար.
3.2 Հագնվելու դիմադրություն և արդյունաբերական կիրառություններ
Անցյալի պաշտպանություն, բորի կարբիդի քայքայումի դիմադրությունը այն դարձնում է իդեալական կոմերցիոն կիրառությունների համար, ներառյալ ծանր մաշվածությունը, ինչպիսիք են ավազահանման վարդակները, ջրի շիթ կտրելու խորհուրդներ, և հղկող մեդիա.
Դրա ամուրությունը զգալիորեն գերազանցում է վոլֆրամի կարբիդին և կավահողին, հանգեցնելով երկարատև կյանքի տևողության և նվազագույնի հասցնելու պահպանման ծախսերը բարձր արտադրողականության արտադրական միջավայրում.
Բորի կարբիդից պատրաստված տարրերը կարող են գործել բարձր ճնշման հղկող հոսքերի ներքո՝ առանց արագ ոչնչացման, թեև ընթացակարգի ընթացքում ջերմային ցնցումները և առաձգական սթրեսները կանխելու համար պետք է խնամք պահանջվի.
Միջուկային միջավայրում դրա օգտագործումը լրացուցիչ հասնում է գազի բեռնաթափման համակարգերում մաշվածության դիմացկուն բաղադրիչներին, որտեղ երկուսն էլ պահանջվում են մեխանիկական ամրություն և նեյտրոնների կլանումը.
4. Ռազմավարական կիրառություններ միջուկային ոլորտում, Ավիատիեզերք, և զարգացող տեխնոլոգիաներ
4.1 Նեյտրոնների կլանման և ճառագայթման պաշտպանության լուծումներ
Բորի կարբիդի ամենակարևոր ոչ ռազմական կիրառություններից մեկը մնում է ատոմային էներգիայում, որտեղ այն ծառայում է որպես նեյտրոններ կլանող արտադրանք կառավարման բևեռներում, փակման գնդիկները, և ճառագայթային պաշտպանիչ կառույցներ.
10 B իզոտոպի բարձր հարստության շնորհիվ (normally ~ 20%, սակայն կարելի է հարստացնել > 90%), բորի կարբիդը արդյունավետորեն որսում է ջերմային նեյտրոնները 10 B-ի միջոցով(n, ա)յոթ Լի պատասխան, ստեղծելով ալֆա բեկորներ և լիթիումի իոններ, որոնք հեշտությամբ պարունակվում են արտադրանքի մեջ.
Այս ռեակցիան ոչ ռադիոակտիվ է և շատ քիչ երկարակյաց կողմնակի արտադրանք է առաջացնում, բորի կարբիդը շատ ավելի անվտանգ և շատ ավելի կայուն է դարձնում, քան այլընտրանքները, ինչպիսիք են կադմիումը կամ հաֆնիումը.
Այն օգտագործվում է ճնշված ջրի ակտիվացուցիչներում (PWR-ներ), եռացող ջրի ռեակտորներ (BWR-ներ), և հետազոտական ակտիվացնողներ, սովորաբար սինթրած գնդիկների տեսքով, հագած խողովակներ, կամ կոմպոզիտային վահանակներ.
Դրա կայունությունը նեյտրոնային ճառագայթման տակ և տրոհման արտադրանքները պահպանելու ունակությունը բարելավում են ակտիվացնողի անվտանգությունն ու անվտանգությունը և գործառնական երկար կյանքը.
4.2 Ավիատիեզերք, Ջերմաէլեկտրիկա, և ապագա նյութական սահմանները
Ավիատիեզերքում, Բորի կարբիդը հայտնաբերվում է հիպերձայնային մեքենաների առաջատար կողմերում օգտագործելու համար, որտեղ դրա բարձր հալման գործակիցը (~ 2450 ° C), կրճատված հաստությունը, և ջերմային ցնցումների դիմադրությունը առավելություններ է տալիս մետաղական համաձուլվածքների նկատմամբ.
Ջերմաէլեկտրական գաջեթներում դրա ներուժը գալիս է Seebeck-ի բարձր գործակիցից և նվազեցված ջերմային հաղորդունակությունից։, թույլ տալով թափոնների ջերմության ուղղակի փոխակերպումը էլեկտրական էներգիայի ծանր մթնոլորտներում, ինչպիսիք են խորը տիեզերական զոնդերը կամ միջուկային էներգիայով աշխատող համակարգերը.
Ընթացքի մեջ է նաև ուսումնասիրություն՝ ածխածնային նանոխողովակներով կամ գրաֆենով բորի կարբիդի վրա հիմնված կոմպոզիտներ ստեղծելու համար՝ բազմաֆունկցիոնալ ճարտարապետական էլեկտրոնիկայի ամրությունն ու էլեկտրական հաղորդունակությունը բարձրացնելու համար:.
Ավելին, նրա կիսահաղորդչային շենքերը օգտագործվում են ճառագայթման կարծրացած զգայարաններում և դետեկտորներում տարածքի և միջուկային կիրառությունների համար.
Ամփոփելով, բորի կարբիդային ճենապակները կանգնած են հիմքի նյութի համար ծայրահեղ մեխանիկական արդյունավետության հանգույցում, միջուկային դիզայն, և զարգացած արտադրությունը.
Նրա եզակի խառնուրդը գերբարձր ամրության, կրճատված հաստությունը, իսկ նեյտրոնների կլանման կարողությունը այն դարձնում է անփոխարինելի պաշտպանական և միջուկային ժամանակակից տեխնոլոգիաներում, մինչդեռ շարունակական հետազոտական ուսումնասիրությունը շարունակում է ընդլայնել իր էներգիան հենց օդատիեզերական ոլորտում, էներգիայի փոխակերպում, և հաջորդ սերնդի միացություններ.
Քանի որ զտման ռազմավարությունները խթանում են, և նոր կոմպոզիտային նմուշներ են առաջանում, բորի կարբիդը, անշուշտ, կմնա նյութերի նորարարության առաջատար եզրում՝ առավել պահանջվող տեխնոլոգիական խոչընդոտների համար.
5. դիստրիբյուտոր
Advanced Ceramics-ը հիմնադրվել է հոկտեմբերին 17, 2012, բարձր տեխնոլոգիական ձեռնարկություն է, որը նվիրված է հետազոտության և զարգացմանը, արտադրություն, վերամշակում, կերամիկական հարաբերական նյութերի և արտադրանքի վաճառք և տեխնիկական ծառայություններ. Մեր արտադրանքը ներառում է, բայց չի սահմանափակվում բորի կարբիդի կերամիկական արտադրանքներով, Բորի նիտրիդ կերամիկական արտադրանք, Սիլիկոնային կարբիդ կերամիկական արտադրանք, Սիլիկոնային նիտրիդային կերամիկական արտադրանք, Ցիրկոնիումի երկօքսիդի կերամիկական արտադրանք, և այլն. Եթե դուք հետաքրքրված եք, խնդրում ենք ազատ զգալ կապվել մեզ հետ:([email protected])
Պիտակներ: Բորի կարբիդ, Բորային կերամիկա, Բորի կարբիդ կերամիկա
Բոլոր հոդվածները և նկարները համացանցից են. Եթե կան հեղինակային իրավունքի հետ կապված խնդիրներ, խնդրում ենք ժամանակին կապվել մեզ հետ ջնջելու համար.
Հարցրեք մեզ