1. Бор карбидінің негізгі химиясы және кристаллографиялық дизайны
1.1 Молекулалық құрамы және құрылымдық күрделілігі
(Бор карбиді керамика)
Бор карбиді (B ТӨРТ С) қатты қаттылықтың бірегей үйлесімі арқасында ең қызықты және технологиялық маңызды керамикалық материалдардың бірі болып табылады., төмен қалыңдығы, және ерекше нейтрондарды сіңіру қабілеті.
Химиялық, бұл негізінен бор мен көміртек атомдарынан тұратын стехиометриялық емес зат, B ₄ C идеалдандырылған формуласымен, бірақ оның нақты құрамы B ₄ C-ден B ₁₀ дейін өзгеруі мүмкін. БЕС C, оның күрделі кристалдық торындағы балама жүйелермен басқарылатын үлкен біртектілік әртүрлілігін көрсетеді.
Бор карбидінің кристалдық қаңқасы ромбоэдрлік жүйеден келеді (ғарыш командасы R3̄m), 12 атомды икосаэдралардың үш өлшемді желісі арқылы анықталған– бор атомдарының жинақтары– тригональ осі бойынша тікелей C-B-C немесе C-C тізбектерімен байланысқан.
Бұл икосаэдралар, әрқайсысынан тұрады 11 бор атомдары және 1 көміртек атомы (B ₁₁ C), өте күшті В-мен ковалентті байланысқан– Б, Б– C, және C– С байланыстары, оның әсерлі механикалық беріктігі мен термиялық қауіпсіздігіне ықпал етеді.
Бұл көп қырлы бірліктердің және интерстициалды тізбектердің көрінуі архитектуралық анизотропия мен ішкі мәселелерді енгізеді, бұл өнімнің механикалық әдеттеріне де, цифрлық үйлеріне де әсер етеді.
Глинозем немесе кремний карбиді сияқты оңай фарфордан айырмашылығы, бор карбидінің атомдық құрылымы айтарлықтай конфигурациялық икемділікке мүмкіндік береді, күйзеліс, алаңдаушылық және сәулелену жағдайында оның жұмысына әсер ететін ақаулардың пайда болуына және төлем айналымына мүмкіндік береді..
1.2 Атомдық байланыстан пайда болатын физикалық және электрондық резиденциялар
Бор карбидіндегі ковалентті байланыс желісі синтетикалық материалдар арасындағы ең жоғары мойындалған қаттылық көрсеткіштерінің біріне әкеледі.– рубин мен текше бор нитридінен кейін екінші орында– әдетте бастап ауытқиды 30 дейін 38 Викерс қаттылық диапазонындағы орташа балл.
Оның қалыңдығы өте азаяды (~ 2.52 г/см АЛТЫ), айналдыру 30% глиноземнен жеңіл және дерлік 70% болаттан жеңіл, жеке қалқан және аэроғарыш бөліктері сияқты салмаққа сезімтал қолданбаларда маңызды артықшылық.
Бор карбиді керемет химиялық инерттілікті көрсетеді, ғарыштық температура деңгейінде көптеген қышқылдар мен антацидтердің соққысына төтеп беру, оның үстіне тотығуы мүмкін 450 ° C ауада, бор оксидін түзеді (B ₂ O АЛТЫ) және CO2, жоғары температуралы тотығу қондырғыларында құрылымдық адалдықты бұзуы мүмкін.
Оның кең диапазоны бар (~ 2.1 eV), оны жоғары температуралы электроникада және радиациялық детекторларда әлеуетті қолданбалары бар жартылай өткізгіш ретінде жіктеу.
Одан әрі, оның жоғары Зеебек коэффициенті және төмендетілген жылу өткізгіштігі оны термоэлектрлік энергияны түрлендіруге үміткер етеді., әсіресе дәстүрлі материалдар істен шыққан ауыр орталарда.
(Бор карбиді керамика)
Өнім қосымша ¹⁰ B изотопының жоғары нейтронды түсіру қимасының арқасында керемет нейтронды сіңіруді көрсетеді. (туралы 3837 термиялық нейтрондарға арналған сарайлар), оны ядролық реакторларды басқару штангаларында маңызды етеді, қорғау, және инвестицияланған газ сақтау кеңістігі жүйелері.
2. Синтез, Өңдеу, және тығыздаудағы кедергілер
2.1 Өнеркәсіптік өндіріс және ұнтақты құрастыру әдістері
Бор карбиді негізінен бор қышқылының жоғары температурадағы карботермиялық төмендеуімен жасалады (H ₃ BO ₃) немесе бор оксиді (B ₂ O БЕС) электр доғалық жылытқыштардағы мұнай коксы немесе көмір сияқты көміртекті ресурстармен 2000 ° C.
Жауап келесідей жалғасады: 2B ЕКІ О ЕКІ + 7C → B FOUR C + 6CO, өрескел генерациялау, керамикалық өңдеуге сәйкес келетін микрон асты фрагмент өлшемдерін алу үшін елеулі фрезерлеуді қажет ететін бұрыштық ұнтақтар.
Альтернативті синтез жолдарына өздігінен таралатын жоғары температуралық синтез жатады (SHS), лазермен индукцияланған химиялық булардың тұндыру (CVD), және плазмалық әдістер, стехиометрия мен фрагменттердің морфологиясын жақсырақ бақылауды пайдаланатын, бірақ өнеркәсіптік пайдалану үшін азырақ масштабталатын.
Оның қатты беріктігіне байланысты, Бор карбидін ұнтақтап ұнтақтау энергияны көп қажет етеді және торлы ортадан ластануға осал, тазалықты сақтау үшін бор карбиді бар диірмендерді немесе полимерлі ұнтақтау құралдарын пайдалануды талап етеді.
Алынған ұнтақтарды біркелкі орау мен сенімді агломерацияны қамтамасыз ету үшін мұқият анықтау және деагломерациялау қажет..
2.2 Агломерациялық шектеулер және кеңейтілген біріктіру тәсілдері
Бор карбидінің керамикалық конструкциясындағы маңызды қиындық оның ковалентті байланыс сипаты және өзіндік диффузия коэффициентінің төмендігі болып табылады., стандартты қысымсыз агломерация кезінде тығыздауды айтарлықтай шектейді.
Сондай-ақ жақын температурада 2200 ° C, қысымсыз агломерация әдетте 80 болатын фарфор шығарады– 90% академиялық қалыңдығы, механикалық төзімділік пен баллистикалық өнімділікті төмендететін қалдық кеуекті қалдырады.
Мұны жеңу үшін, ыстық итеру сияқты прогрессивті тығыздау әдістері (HP) және ыстық изостатикалық итеру (HIP) пайдаланылады.
Ыстық итеру бір осьті кернеуді қолданады (әдетте 30– 50 МПа) арасындағы температурада 2100 ° C және 2300 ° C, фрагменттердің қайта реттелуіне және пластикалық деформацияға ықпал етеді, қалыңдығынан асып кетуге мүмкіндік береді 95%.
HIP изостатикалық газ қысымын қолдану арқылы тығыздауды одан да жақсартады (100– 200 МПа) инкапсуляциядан кейін, жабылған саңылауларды жою және жарықшақтардың беріктігін арттыру арқылы толық тығыздыққа жету.
Көміртек сияқты қоспалар, кремний, немесе металл боридтерін ауыстырады (мысалы, TiB ЕКІ, CrB ЕКІ) агломерацияны арттыру және дәннің өсуіне кедергі жасау үшін кейде аз мөлшерде енгізіледі, олар қаттылықты немесе нейтронды сіңіру тиімділігін аздап азайтуы мүмкін.
Осы жетістіктерге қарамастан, астық шекарасының әлсіздігі мен ішкі сынғыштығы тынымсыз қиындықтар болып қала береді, әсіресе қарқынды жүктеме жағдайында.
3. Төтенше жүктеме жағдайларындағы механикалық әрекеттер және өнімділік
3.1 Баллистикалық қарсылық және істен шығу жүйелері
Бор карбиді дене құрышындағы жеңіл баллистикалық қорғаныс үшін негізгі материал ретінде кеңінен танылды., автомобильді қаптау, және ұшақты экрандау.
Оның жоғары беріктігі броньды тесіп өтетін оқтар мен бөлшектер сияқты келіп түсетін снарядтарды дұрыс тоздыруға және деформациялауға мүмкіндік береді., крекингтен тұратын жүйелер арқылы кинетикалық қуатты тарату, микрокрекинг, және жергілікті кезеңнің өзгеруі.
Соған қарамастан, бор карбиді деп аталатын құбылысты көрсетеді “шок кезінде аморфизация,” қайда, жоғары жылдамдықпен әсер етеді (әдетте > 1.8 км/с), кристалдық құрылым бұзылады, жүк көтергіштігі жоқ аморфты фаза, қайғылы сәтсіздікке әкеледі.
Бұл қысымның әсерінен аморфизация, in-situ рентгендік дифракция және TEM зерттеулері арқылы байқалады, икосаэдрлік жүйелер мен C-B-C тізбектерінің қатты ығысу кернеуі кезінде бұзылуына байланысты..
Мұны жеңілдету жұмыстары астықты жақсартудан тұрады, композиттік стиль (мысалы, B ТӨРТ C-SiC), және сынықтардың пролиферациясын баяулату және фрагментацияға ие болу үшін иілгіш болаттармен жабу.
3.2 Тозуға төзімділік және өнеркәсіптік қолданбалар
Өткен қорғаныс, бор карбидінің тозуға төзімділігі оны коммерциялық қолдану үшін өте қолайлы етеді, соның ішінде ауыр тозу, құм себетін саптамалар сияқты, су ағынымен кесу кеңестері, және тегістеу ортасы.
Оның беріктігі вольфрам карбиді мен алюминий тотығынан айтарлықтай асып түседі, жоғары өнімді өндірістік атмосферада қызмет ету мерзімін ұзартуға және техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтуға әкеледі..
Бор карбидінен жасалған элементтер жоғары қысымды абразивті ағындарда тез бұзылмай жұмыс істей алады, процедура кезінде термиялық соққының және созылу кернеуінің алдын алу үшін сақтық қажет.
Оның ядролық қондырғыларда қолданылуы қосымша газ өңдеу жүйелеріндегі тозуға төзімді компоненттерге жетеді, мұнда механикалық беріктік пен нейтронды сіңіру қажет.
4. Ядролық энергетикадағы стратегиялық қолданбалар, Аэроғарыш, және дамушы технологиялар
4.1 Нейтрондарды сіңіру және радиациядан қорғау шешімдері
Бор карбидінің атом энергиясындағы ең маңызды әскери емес қолдануларының бірі болып табылады, онда ол басқару полюстерінде нейтронды сіңіретін өнім ретінде қызмет етеді, жабылатын түйіршіктер, және радиациядан қорғайтын құрылымдар.
¹⁰ B изотопының жоғары байлығына байланысты (әдетте ~ 20%, дегенмен > дейін байытуға болады 90%), бор карбиді термиялық нейтрондарды ¹⁰ B арқылы тиімді ұстайды(n, а)жеті Ли жауабы, өнімде оңай болатын альфа фрагменттері мен литий иондарын жасау.
Бұл реакция радиоактивті емес және өте аз ұзақ өмір сүретін жанама өнімдерді тудырады, бор карбиді кадмий немесе гафний сияқты баламаларға қарағанда әлдеқайда қауіпсіз және тұрақты етеді.
Ол қысымды су активаторларында қолданылады (PWR), қайнаған су реакторлары (BWRs), және зерттеу активаторлары, әдетте агломерацияланған түйіршіктер түрінде, киінген түтіктер, немесе композициялық панельдер.
Оның нейтрондық сәулелену кезіндегі тұрақтылығы және ыдырау өнімдерін сақтау қабілеті активатордың қауіпсіздігі мен қауіпсіздігін және ұзақ қызмет ету мерзімін жақсартады..
4.2 Аэроғарыш, Термоэлектриктер, және болашақ материалдық шекаралар
Аэроғарышта, бор карбиді гиперсоникалық автомобиль жетекші жақтарында пайдалану үшін ашылды, мұнда оның жоғары балқу коэффициенті (~ 2450 ° C), қысқартылған қалыңдығы, және термиялық соққыға төзімділік металл қорытпаларына қарағанда артықшылықтар береді.
Оның термоэлектрлік гаджеттердегі әлеуеті оның жоғары Зеебек коэффициентінен және жылу өткізгіштігінің төмендеуінен туындайды., терең ғарыш зондтары немесе ядролық жүйелер сияқты ауыр атмосферада қалдық жылуды тікелей электр энергиясына айналдыруға мүмкіндік береді.
Сондай-ақ көп функционалды архитектуралық электрониканың беріктігі мен электр өткізгіштігін арттыру үшін көміртекті нанотүтікшелер немесе графен бар бор карбиді негізіндегі композиттерді құру бойынша зерттеу жүргізілуде..
Одан әрі, оның жартылай өткізгіш ғимараттары аймақтық және ядролық қолданбалар үшін радиациямен шыңдалған зондтау қондырғылары мен детекторларында қолданылады..
Қорытындыда, бор карбиді фарфорлары өте механикалық тиімділік торабында іргетас материалы болып табылады, ядролық дизайн, және прогрессивті өндіріс.
Бұл өте жоғары беріктіктің бірегей қоспасы, қысқартылған қалыңдығы, және нейтронды сіңіру қабілеті оны қорғаныс және ядролық заманауи технологияларда алмастырылмайтын етеді, ал энергияны аэроғарышқа кеңейту үшін үздіксіз зерттеу жұмыстары жалғасуда, энергия түрлендіру, және келесі буын қосылыстары.
Нақтылау стратегиялары күшейіп, жаңа композиттік дизайндар пайда болған сайын, бор карбиді ең талап етілетін технологиялық кедергілер үшін материалдар инновациясының алдыңғы қатарында қалатыны сөзсіз..
5. Дистрибьютор
Advanced Ceramics қазан айында негізі қаланған 17, 2012, ғылыми-зерттеу және әзірлеуге берілген жоғары технологиялық кәсіпорын болып табылады, өндіріс, өңдеу, керамикалық салыстырмалы материалдар мен бұйымдарды сату және техникалық қызмет көрсету. Біздің өнімдерге бор карбиді керамикалық өнімдер кіреді, бірақ олармен шектелмейді, Бор нитриді керамикалық өнімдер, Кремний карбиді керамикалық бұйымдар, Кремний нитриді керамикалық бұйымдар, Цирконий диоксиді керамикалық бұйымдар, т.б. Егер сізді қызықтырса, бізбен байланысыңыз.([email protected])
Тегтер: Бор карбиді, Бор керамикалық, Бор карбиді керамика
Барлық мақалалар мен суреттер Интернеттен алынған. Авторлық құқық мәселелері болса, жою үшін уақытында бізге хабарласыңыз.
Бізден сұраңыз