1. ბორის კარბიდის ფუნდამენტური ქიმია და კრისტალოგრაფიული დიზაინი
1.1 მოლეკულური შემადგენლობა და სტრუქტურული სირთულე
(ბორის კარბიდის კერამიკა)
ბორის კარბიდი (B ოთხი გ) წარმოადგენს ერთ-ერთ ყველაზე დამაინტრიგებელ და ტექნოლოგიურად გადამწყვეტ კერამიკულ მასალას ძლიერი სიმტკიცის უნიკალური კომბინაციის გამო., დაბალი სისქე, და განსაკუთრებული ნეიტრონის შთანთქმის უნარი.
ქიმიურად, ეს არის არასტოქიომეტრიული ნივთიერება, რომელიც ძირითადად შედგება ბორის და ნახშირბადის ატომებისგან, იდეალიზებული ფორმულით B ₄ C, თუმცა მისი რეალური შემადგენლობა შეიძლება განსხვავდებოდეს B₄C-დან B10-მდე. ხუთი C, ასახავს დიდი ჰომოგენურობის მრავალფეროვნებას, რომელიც რეგულირდება ალტერნატიული სისტემებით მის რთულ კრისტალურ გისოსში.
ბორის კარბიდის ბროლის ჩარჩო მოდის რომბოედრული სისტემიდან (კოსმოსური გუნდი R3̄m), იდენტიფიცირებულია 12 ატომიანი იკოსაედრის სამგანზომილებიანი ქსელით– ბორის ატომების კოლექციები– დაკავშირებულია პირდაპირი C-B-C ან C-C ჯაჭვებით ტრიგონალური ღერძის გასწვრივ.
ეს იკოსაედრები, თითოეული შედგება 11 ბორის ატომები და 1 ნახშირბადის ატომი (B 11 C), კოვალენტურად არის დაკავშირებული საოცრად ძლიერ B-სთან– ბ, ბ– C, და C– C ობლიგაციები, ხელს უწყობს მის შთამბეჭდავ მექანიკურ სიმტკიცეს და თერმული უსაფრთხოებას.
ამ პოლიედრული ერთეულების და ინტერსტიციული ჯაჭვების ხილვადობა იწვევს არქიტექტურულ ანიზოტროპიას და შინაგან პრობლემებს, რაც გავლენას ახდენს როგორც მექანიკურ ჩვევებზე, ასევე პროდუქტის ციფრულ სახლებზე.
განსხვავებით მარტივი ფაიფურისგან, როგორიცაა ალუმინის ან სილიციუმის კარბიდი, ბორის კარბიდის ატომური არქიტექტურა საშუალებას იძლევა მნიშვნელოვანი კონფიგურაციის მოქნილობა, შესაძლებელს ხდის დეფექტების ფორმირებას და საფასურის მიმოქცევას, რაც გავლენას ახდენს მის შესრულებაზე სტრესის, შფოთვისა და დასხივების პირობებში.
1.2 ფიზიკური და ელექტრონული რეზიდენციები, რომლებიც წარმოიქმნება ატომური კავშირიდან
ბორის კარბიდში კოვალენტური შემაკავშირებელი ქსელი იწვევს ერთ-ერთ ყველაზე მაღალ შესაძლო სიმტკიცეს სინთეტიკურ მასალებს შორის.– მეორე ადგილზეა ლალისა და კუბური ბორის ნიტრიდის შემდეგ– როგორც წესი, დაწყებული 30 რომ 38 საშუალო შეფასება ვიკერსის სიმტკიცეზე.
მისი სისქე უკიდურესად შემცირებულია (~ 2.52 გ/სმ ექვსი), მის გარშემო 30% მსუბუქია ვიდრე ალუმინის და თითქმის 70% მსუბუქია ვიდრე ფოლადი, გადამწყვეტი უპირატესობა წონისადმი მგრძნობიარე აპლიკაციებში, როგორიცაა ინდივიდუალური ფარი და კოსმოსური ნაწილები.
ბორის კარბიდი ავლენს გამორჩეულ ქიმიურ ინერტულობას, გაუძლოს მრავალი მჟავისა და ანტაციდის დარტყმას კოსმოსური ტემპერატურის დონეზე, თუმცა მას შეუძლია დაჟანგდეს 450 ° C ჰაერში, ბორის ოქსიდის შექმნა (B ₂ O SIX) და co2, რამაც შეიძლება ზიანი მიაყენოს სტრუქტურულ პატიოსნებას მაღალი ტემპერატურის ოქსიდაციურ პარამეტრებში.
მას აქვს ფართო ზოლი (~ 2.1 eV), მისი კლასიფიკაცია, როგორც ნახევარგამტარი, პოტენციური აპლიკაციებით მაღალი ტემპერატურის ელექტრონიკაში და რადიაციის დეტექტორებში.
უფრო მეტიც, მისი მაღალი Seebeck კოეფიციენტი და შემცირებული თბოგამტარობა ხდის მას თერმოელექტრული ენერგიის კონვერტაციის კანდიდატს., განსაკუთრებით მძიმე გარემოში, სადაც ტრადიციული მასალები ვერ ხერხდება.
(ბორის კარბიდის კერამიკა)
პროდუქტი დამატებით აჩვენებს ნეიტრონის ფენომენალურ აბსორბციას 10 B იზოტოპის მაღალი ნეიტრონის დაჭერის განივი კვეთის გამო. (შესახებ 3837 ბეღლები თერმული ნეიტრონებისთვის), რაც მას აუცილებელს ხდის ბირთვული რეაქტორის მართვის ღეროებში, დაცვა, და ინვესტიცია გაზის შენახვის სისტემებში.
2. სინთეზი, გატარება, და დაბრკოლებები დენსიფიკაციაში
2.1 სამრეწველო წარმოება და ფხვნილის მშენებლობის მეთოდები
ბორის კარბიდი ძირითადად იქმნება ბორის მჟავას მაღალი ტემპერატურის კარბოთერმული შემცირებით (H ₃ BO ₃) ან ბორის ოქსიდი (B ₂ O FIVE) ნახშირბადის რესურსებით, როგორიცაა ნავთობის კოქსი ან ნახშირი ელექტრო რკალის გამათბობლებში 2000 ° C.
პასუხი გრძელდება როგორც: 2B TWO O TWO + 7C → B ოთხი C + 6CO, წარმოქმნის უხეში, კუთხოვანი ფხვნილები, რომლებსაც სჭირდებათ მნიშვნელოვანი დაფქვა კერამიკული დამუშავებისთვის შესაფერისი სუბმიკრონული ფრაგმენტების ზომის მისაღწევად.
სინთეზის ალტერნატიული მარშრუტები მოიცავს თვითგავრცელებულ მაღალტემპერატურულ სინთეზს (SHS), ლაზერით გამოწვეული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD), და პლაზმური დახმარებით ტექნიკა, რომლებიც უკეთეს კონტროლს იყენებენ სტოიქიომეტრიასა და ფრაგმენტების მორფოლოგიაზე, მაგრამ ნაკლებად მასშტაბურია სამრეწველო გამოყენებისთვის.
მისი მძიმე სიმყარის გამო, ბორის კარბიდის დაფქვა დიდ ფხვნილებად არის ენერგო ინტენსიური და დაუცველია გახეხილი მედიის დაბინძურების მიმართ, სისუფთავის შესანარჩუნებლად ბორის კარბიდით მოპირკეთებული წისქვილების ან პოლიმერული სახეხი დამხმარე საშუალებების გამოყენებას მოითხოვს.
მიღებული ფხვნილები ყურადღებით უნდა იყოს იდენტიფიცირებული და დეაგლომერირებული, რათა გარანტირებული იყოს ერთგვაროვანი შეფუთვა და საიმედო აგლომერაცია..
2.2 შედუღების შეზღუდვები და გაფართოებული კომბინაციის მიდგომები
ბორის კარბიდის კერამიკული კონსტრუქციის მნიშვნელოვანი სირთულეა მისი კოვალენტური შემაკავშირებელი ბუნება და დაბალი თვითდიფუზიის კოეფიციენტი., რომლებიც მკვეთრად ზღუდავენ გამკვრივებას სტანდარტული უწნეო აგლომერაციის დროს.
ასევე ტემპერატურის მოახლოებაზე 2200 ° C, უწნეო აგლომერაცია, როგორც წესი, აწარმოებს ფაიფურს 80-ით– 90% აკადემიური სისქის, ტოვებს ნარჩენ ფორიანობას, რომელიც ამცირებს მექანიკურ გამძლეობას და ბალისტიკურ შესრულებას.
ამის დასაპყრობად, განვითარებული გამკვრივების ტექნიკა, როგორიცაა ცხელი ბიძგები (HP) და ცხელი იზოსტატიკური ბიძგი (ჰიპ) გამოიყენება.
ცხელი ბიძგი ახდენს ცალღერძულ სტრესს (ჩვეულებრივ 30– 50 მპა) შუალედურ ტემპერატურაზე 2100 ° C და 2300 ° C, ფრაგმენტების გადაწყობისა და პლასტიკური დეფორმაციის ხელშეწყობა, სისქის გადაჭარბების საშუალებას იძლევა 95%.
HIP კიდევ უფრო აუმჯობესებს გამკვრივებას გაზის იზოსტატიკური წნევის გამოყენებით (100– 200 მპა) კაფსულაციის შემდეგ, დახურული ფორების აღმოფხვრა და თითქმის სრული სიმკვრივის მიღწევა ბზარების გაუმჯობესებული გამძლეობით.
დანამატები, როგორიცაა ნახშირბადი, სილიკონი, ან ლითონის ბორიდების გადატანა (მაგ., TiB TWO, CrB TWO) ხანდახან მცირე რაოდენობით შეჰყავთ, რათა გაზარდოს შედუღება და შეაფერხოს მარცვლეულის ზრდა, თუმცა მათ შეუძლიათ ოდნავ შეამცირონ სიმყარის ან ნეიტრონის შთანთქმის ეფექტურობა.
მიუხედავად ამ გარღვევებისა, მარცვლეულის საზღვრის სისუსტე და შინაგანი სისუსტე კვლავაც დაუნდობელი გამოწვევებია, განსაკუთრებით ძლიერი დატვირთვის პირობებში.
3. მექანიკური მოქმედებები და შესრულება ექსტრემალური დატვირთვის პირობებში
3.1 ბალისტიკური წინააღმდეგობის და ავარიის სისტემები
ბორის კარბიდი ფართოდ არის აღიარებული, როგორც მთავარი მასალა ტანის ჯავშანში მსუბუქი ბალისტიკური დაცვისთვის., მანქანის მოპირკეთება, და თვითმფრინავის დაცვა.
მისი მაღალი სიმტკიცის საშუალებას აძლევს მას სათანადოდ გაფუჭდეს და დაამახინჯოს შემომავალი ჭურვები, როგორიცაა ჯავშანსატანკო ტყვიები და ნაჭრები., კინეტიკური სიმძლავრის გაფანტვა ბზარისგან შემდგარი სისტემების მეშვეობით, მიკროკრეკინგი, და ადგილობრივი ეტაპის ცვლილება.
მიუხედავად ამისა, ბორის კარბიდი აჩვენებს ფენომენს ე.წ “ამორფიზაცია შოკის ქვეშ,” სადაც, მაღალი სიჩქარის ზემოქმედების ქვეშ (ჩვეულებრივ > 1.8 კმ/წმ), კრისტალური სტრუქტურა იშლება პირდაპირ უწესრიგოდ, ამორფული ფაზა, რომელსაც არ გააჩნია ტვირთამწეობა, ტრაგიკული მარცხის შედეგად.
ეს წნევა გამოწვეული ამორფიზაცია, დაფიქსირდა ადგილზე რენტგენის დიფრაქციით და TEM კვლევებით, მიეკუთვნება იკოსაედრული სისტემების და C-B-C ჯაჭვების რღვევას ექსტრემალური ათვლის სტრესის ქვეშ.
ამის შესამცირებლად ძალისხმევა მარცვლეულის გაუმჯობესებას მოიცავს, კომპოზიტური სტილი (მაგ., B ოთხი C-SiC), და ზედაპირის ფართობის დაფარვა მოქნილი ფოლადებით, რათა შეაფერხოს მოტეხილობების გამრავლება და ჰქონდეს ფრაგმენტაცია.
3.2 აცვიათ წინააღმდეგობა და სამრეწველო აპლიკაციები
წარსული დაცვა, ბორის კარბიდის აბრაზიული წინააღმდეგობა მას იდეალურს ხდის კომერციული გამოყენებისთვის, მძიმე აცვიათ ჩათვლით, როგორიცაა ქვიშის საქშენები, წყლის ჭავლის ჭრის რჩევები, და სახეხი მედია.
მისი სიმყარე არსებითად აღემატება ვოლფრამის კარბიდს და ალუმინს, რაც იწვევს სიცოცხლის გახანგრძლივებას და შენარჩუნების ხარჯების მინიმუმამდე შემცირებას მაღალი გამტარუნარიანობის წარმოების ატმოსფეროში.
ბორის კარბიდისგან დამზადებულ ელემენტებს შეუძლიათ იმოქმედონ მაღალი წნევის აბრაზიული ნაკადების ქვეშ, სწრაფი განადგურების გარეშე, თუმცა საჭიროა ზრუნვა პროცედურის დროს თერმული შოკისა და დაძაბულობის თავიდან ასაცილებლად.
მისი გამოყენება ბირთვულ პარამეტრებში დამატებით აღწევს აცვიათ მდგრად კომპონენტებს გაზის დამუშავების სისტემებში, სადაც ორივე საჭიროა მექანიკური სიმტკიცე და ნეიტრონის შთანთქმა.
4. სტრატეგიული აპლიკაციები ბირთვულ სფეროში, აერონავტიკა, და განვითარებადი ტექნოლოგიები
4.1 ნეიტრონის შთანთქმის და რადიაციის დამცავი ხსნარები
ბორის კარბიდის ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან არასამხედრო გამოყენებას შორის რჩება ატომურ ენერგიაში, სადაც ის ემსახურება როგორც ნეიტრონის შთამნთქმელი პროდუქტი საკონტროლო პოლუსებში, დახურვის მარცვლები, და რადიაციული დამცავი სტრუქტურები.
10 B იზოტოპის მაღალი სიმდიდრის გამო (ჩვეულებრივ ~ 20%, თუმცა შეიძლება გამდიდრდეს > 90%), ბორის კარბიდი ეფექტურად იჭერს თერმულ ნეიტრონებს ¹⁰ B-ის მეშვეობით(ნ, ა)შვიდი ლი პასუხი, ალფა ფრაგმენტების და ლითიუმის იონების შექმნა, რომლებიც ადვილად შედიან პროდუქტში.
ეს რეაქცია არ არის რადიოაქტიური და წარმოქმნის ძალიან ცოტა ხანგრძლივ ქვეპროდუქტებს, ხდის ბორის კარბიდს ბევრად უფრო უსაფრთხო და ბევრად უფრო სტაბილურს, ვიდრე ალტერნატივები, როგორიცაა კადმიუმი ან ჰაფნიუმი.
იგი გამოიყენება წნევით წყლის აქტივატორებში (PWR-ები), მდუღარე წყლის რეაქტორები (BWR-ები), და კვლევის აქტივატორები, როგორც წესი, აგლომერირებული მარცვლების სახით, ჩაცმული მილები, ან კომპოზიციური პანელები.
მისი სტაბილურობა ნეიტრონული დასხივების ქვეშ და დაშლის პროდუქტების შენარჩუნების უნარი აუმჯობესებს აქტივატორის უსაფრთხოებას და უსაფრთხოებას და მუშაობის ხანგრძლივ სიცოცხლეს.
4.2 აერონავტიკა, თერმოელექტრიკა, და მომავალი მატერიალური საზღვრები
აერონავტიკაში, ბორის კარბიდი აღმოჩენილია ჰიპერბგერითი მანქანის წინამორბედ გვერდებზე გამოსაყენებლად, სადაც მისი მაღალი დნობის ფაქტორი (~ 2450 ° C), შემცირებული სისქე, და თერმული დარტყმის წინააღმდეგობა უპირატესობას ანიჭებს ლითონის შენადნობებს.
მისი პოტენციალი თერმოელექტრო გაჯეტებში მოდის მისი მაღალი Seebeck კოეფიციენტიდან და შემცირებული თბოგამტარობით., ნარჩენების სითბოს პირდაპირი გადაქცევის ელექტრო ენერგიად მძიმე ატმოსფეროში, როგორიცაა ღრმა კოსმოსური ზონდები ან ბირთვული ენერგიის სისტემები.
ასევე მიმდინარეობს კვლევა ბორის კარბიდზე დაფუძნებული კომპოზიტების დასამკვიდრებლად ნახშირბადის ნანომილებით ან გრაფენით, რათა გაზარდოს გამძლეობა და ელექტროგამტარობა მრავალფუნქციური არქიტექტურული ელექტრონიკისთვის..
უფრო მეტიც, მისი ნახევარგამტარული შენობები გამოიყენება რადიაციით გამაგრებულ სენსორულ ერთეულებში და დეტექტორებში ფართობისა და ბირთვული გამოყენებისთვის..
შეჯამება, ბორის კარბიდის ფაიფური დგას საძირკვლის მასალისთვის უკიდურესი მექანიკური ეფექტურობის შეერთების ადგილზე, ბირთვული დიზაინი, და პროგრესული წარმოება.
მისი ულტრა მაღალი სიმყარის უნიკალური ნაზავია, შემცირებული სისქე, და ნეიტრონის შთანთქმის უნარი მას შეუცვლელს ხდის თავდაცვისა და ბირთვული თანამედროვე ტექნოლოგიებში, მიუხედავად იმისა, რომ უწყვეტი კვლევის შესწავლა რჩება მისი ენერგიის გაფართოვება პირდაპირ საჰაერო სივრცეში, ენერგიის გარდაქმნა, და შემდეგი თაობის ნაერთები.
როგორც დახვეწის სტრატეგიები გაძლიერდება და ჩნდება ახალი კომპოზიციური დიზაინები, ბორის კარბიდი, რა თქმა უნდა, დარჩება მასალების ინოვაციის წამყვან ზღვარზე ყველაზე საჭირო ტექნოლოგიური დაბრკოლებების გამო..
5. დისტრიბუტორი
Advanced Ceramics დაარსდა ოქტომბერში 17, 2012, არის მაღალტექნოლოგიური საწარმო, რომელიც ერთგულია კვლევისა და განვითარებისათვის, წარმოება, დამუშავება, კერამიკული მასალებისა და პროდუქტების გაყიდვები და ტექნიკური მომსახურება. ჩვენი პროდუქცია მოიცავს, მაგრამ არ შემოიფარგლება ბორის კარბიდის კერამიკულ პროდუქტებზე, ბორის ნიტრიდის კერამიკული პროდუქტები, სილიკონის კარბიდის კერამიკული პროდუქტები, სილიკონის ნიტრიდის კერამიკული პროდუქტები, ცირკონიუმის დიოქსიდის კერამიკული პროდუქტები, და ა.შ. თუ გაინტერესებს, გთხოვთ მოგერიდებათ დაგვიკავშირდეთ.([email protected])
ტეგები: ბორის კარბიდი, ბორის კერამიკა, ბორის კარბიდის კერამიკა
ყველა სტატია და სურათი არის ინტერნეტიდან. თუ არის საავტორო უფლებების პრობლემები, გთხოვთ დროულად დაგვიკავშირდეთ წასაშლელად.
გამოგვიკითხეთ