1. 탄화붕소의 기본 화학 및 결정학적 설계
1.1 분자 구성 및 구조적 복잡성
(붕소 탄화물 세라믹)
탄화붕소 (비포씨) 엄격한 견고함의 독특한 조합으로 인해 가장 흥미롭고 기술적으로 중요한 세라믹 재료 중 하나입니다., 낮은 두께, 뛰어난 중성자 흡수 능력.
화학적으로, 주로 붕소와 탄소 원자로 구성된 비화학양론적 물질입니다., B ₄ C의 이상화된 공식을 사용합니다., 실제 구성은 B ₄ C에서 B ₁₀까지 다양할 수 있습니다.. 파이브씨, 복잡한 결정 격자 내의 대체 시스템에 의해 지배되는 큰 균질성 다양성을 반영합니다..
탄화붕소의 결정 구조는 능면체 시스템에서 유래합니다. (우주팀 R3̄m), 12개 원자로 구성된 정20면체의 3차원 네트워크로 식별됨– 붕소 원자 모음– 삼각축을 따라 직접 C-B-C 또는 C-C 체인으로 연결됨.
이 정이십면체, 각각으로 구성된 11 붕소 원자와 1 탄소 원자 (B₁₁C), 매우 강한 B와 공유 결합되어 있습니다.– 비, 비– 기음, 그리고 C– C 채권, 인상적인 기계적 강도와 열적 보안에 기여.
이러한 다면체 단위와 틈새 체인의 가시성은 구조적 이방성과 본질적인 문제를 야기합니다., 이는 제품의 기계적 습관과 디지털 홈 모두에 영향을 미칩니다..
알루미나나 탄화규소와 같은 쉬운 도자기와는 달리, 탄화붕소의 원자 구조는 상당한 구성 유연성을 허용합니다., 스트레스와 불안 및 조사로 인해 성능에 영향을 미치는 결함 형성 및 수수료 순환이 가능해집니다..
1.2 원자 결합으로 인해 발생하는 물리적 및 전자적 거주지
탄화붕소의 공유 결합 네트워크는 합성 물질 중에서 가장 높은 경도로 인정됩니다.– 루비와 입방정질화붕소에 이어 두 번째– 일반적으로 범위는 30 에게 38 비커스 경도 범위의 평점 평균.
두께가 엄청나게 줄어들었어요 (~ 2.52 g/cm 6), 주변에서 만들기 30% 알루미나보다 가볍고 거의 70% 강철보다 가볍다, 개별 실드 및 항공우주 부품과 같이 무게에 민감한 응용 분야에서 중요한 이점.
탄화붕소는 탁월한 화학적 불활성을 나타냅니다., 우주 온도 수준에서 많은 산과 제산제의 충격을 견뎌냅니다., 비록 산화될 수 있지만 450 ° C 공기 중, 붕산 생성 (B 2 O SIX) 그리고 이산화탄소, 고온 산화 환경에서 구조적 정직성을 손상시킬 수 있음.
넓은 밴드갭을 가지고 있다. (~ 2.1 eV), 고온 전자 장치 및 방사선 검출기에 응용할 수 있는 반도체로 분류.
뿐만 아니라, 높은 제벡 계수와 감소된 열전도율로 인해 열전 에너지 변환의 후보가 됩니다., 특히 기존 재료가 실패하는 가혹한 환경에서.
(붕소 탄화물 세라믹)
또한, 1⁰ B 동위원소의 높은 중성자 포획 단면적 덕분에 경이적인 중성자 흡수를 나타내는 제품입니다. (~에 대한 3837 열중성자용 헛간), 원자로 제어봉에 꼭 필요한 요소, 보호, 및 투자된 가스 저장 공간 시스템.
2. 합성, 손질, 치밀화의 장애물
2.1 산업 생산 및 분말 구성 방법
붕소탄화물은 붕산의 고온 열탄소감소로 인해 크게 생성됩니다. (H ₃ 보 ₃) 또는 산화붕소 (B 2 O FIVE) 전기 아크 히터의 석유 코크스 또는 숯과 같은 탄소 자원이 넘칩니다. 2000 ℃.
응답은 다음과 같이 진행됩니다.: 2B 둘 둘 + 7ㄷ → ㄴ 4 ㄷ + 6콜로라도, 거친 생성, 세라믹 처리에 적합한 서브미크론 조각 크기를 달성하기 위해 상당한 밀링이 필요한 각진 분말.
대체 합성 경로에는 자체 전파 고온 합성이 포함됩니다. (SHS), 레이저 유도 화학 기상 증착 (CVD), 플라즈마 보조 기술, 화학양론 및 단편 형태에 대한 더 나은 제어를 사용하지만 산업 용도로는 확장성이 떨어집니다..
견고함이 심해서, 붕소 카바이드를 훌륭한 분말로 분쇄하는 것은 에너지 집약적이며 격자 매체로 인한 오염에 취약합니다., 순도를 유지하기 위해 탄화붕소 라이닝 밀 또는 고분자 분쇄 보조제 사용이 요구됨.
생성된 분말은 균일한 포장과 안정적인 소결을 보장하기 위해 주의 깊게 식별되고 응집 해제되어야 합니다..
2.2 소결 한계 및 고급 조합 접근법
탄화붕소 세라믹 구조의 중요한 어려움은 공유 결합 특성과 낮은 자기 확산 계수입니다., 표준 무압력 소결 중 치밀화를 심각하게 제한합니다..
또한 기온에 가까워지면 2200 ℃, 무압력 소결은 일반적으로 80도의 도자기를 생산합니다.– 90% 학문적 두께의, 기계적 체력과 탄도 성능을 저하시키는 잔여 다공성을 남깁니다..
이것을 정복하려면, 핫 푸싱(Hot Pushing)과 같은 치밀화 기술이 발전함 (HP) 그리고 뜨거운 등압 푸싱 (잘 알고 있기) 활용된다.
열간 푸싱은 단축 응력을 적용합니다. (일반적으로 30– 50 MPa) 그 사이의 온도에서 2100 ° C 및 2300 ℃, 단편 재배열 및 소성 변형 촉진, 두께 초과 허용 95%.
HIP는 등방성 가스 압력을 적용하여 치밀화를 더욱 향상시킵니다. (100– 200 MPa) 캡슐화 후, 닫힌 기공을 제거하고 균열 인성을 개선하여 거의 전체 밀도를 달성합니다..
탄소 등의 첨가물, 규소, 또는 금속 붕화물을 이동시키십시오 (예를 들어, TiB 2, CrB 2) 때때로 소결성을 높이고 입자 성장을 방해하기 위해 소량으로 도입됩니다., 견고성이나 중성자 흡수 효율이 약간 최소화될 수는 있지만.
이러한 획기적인 발전에도 불구하고, 결정립계 약화와 본질적인 취성은 계속해서 끊임없는 문제가 되고 있습니다., 특히 역동적인 로딩 조건에서.
3. 극한 하중 조건에서의 기계적 작용 및 성능
3.1 탄도 저항 및 고장 시스템
탄화붕소는 방탄복의 경량 탄도 보호를 위한 최고의 소재로 널리 알려져 있습니다., 자동차 도금, 그리고 비행기 차폐.
높은 견고성으로 인해 갑옷을 관통하는 총알이나 파편과 같이 들어오는 발사체를 적절하게 저하시키고 휘게 할 수 있습니다., 균열로 구성된 시스템을 통해 운동력을 소산, 미세 균열, 그리고 로컬 스테이지 변경.
그럼에도 불구하고, 붕소탄화물은 다음과 같은 현상을 나타낸다. “충격을 받은 무정형화,” 어디, 고속 충격을 받는 경우 (보통 > 1.8 km/s), 결정 구조가 무질서하게 분해됩니다., 내하력이 없는 비정질상, 비극적인 실패를 초래하다.
이 압력에 의한 비정질화, 현장 X선 회절 및 TEM 연구를 통해 관찰됨, 극심한 전단 응력 하에서 정이십면체 시스템과 C-B-C 사슬이 파손되어 발생합니다..
이를 완화하기 위한 노력은 입자 개선으로 구성됩니다., 복합 스타일 (예를 들어, B FOUR C-SiC), 골절 확산을 지연시키고 파편화를 일으키기 위해 유연한 강철로 표면을 덮음.
3.2 내마모성 및 산업 응용
과거 수비, 붕소 카바이드의 내마모성은 심한 마모를 포함한 상업용 응용 분야에 이상적입니다., 샌드블라스팅 노즐과 같은, 워터젯 절단 팁, 및 연삭 매체.
그 견고성은 텅스텐 카바이드와 알루미나의 견고성을 훨씬 능가합니다., 처리량이 많은 제조 환경에서 수명을 연장하고 유지 비용을 최소화합니다..
탄화붕소로 제작된 요소는 빠른 파괴 없이 고압의 연마 흐름 하에서 작동할 수 있습니다., 시술 중 열충격과 인장 응력을 방지하려면 주의가 필요하지만.
원자력 환경에서의 사용은 가스 처리 시스템의 내마모성 부품에도 적용됩니다., 기계적 견고성과 중성자 흡수가 모두 필요한 경우.
4. 원자력의 전략적 응용, 항공우주, 및 신흥 기술
4.1 중성자 흡수 및 방사선 차폐 솔루션
붕소 탄화물의 가장 중요한 비군사적 응용 중 하나는 원자력 에너지 분야에 남아 있습니다., 제어 극에서 중성자 흡수 생성물 역할을 하는 곳, 폐쇄 펠렛, 및 방사선 차폐 구조.
1⁰ B 동위원소가 풍부하기 때문에 (보통 ~ 20%, 그러나 >으로 강화될 수 있습니다. 90%), 탄화붕소는 1⁰ B를 통해 열중성자를 효율적으로 포착합니다.(N, 에이)일곱 리 반응, 제품 내에 쉽게 담길 수 있는 알파파편과 리튬이온 생성.
이 반응은 비방사성이며 수명이 긴 부산물이 거의 생성되지 않습니다., 탄화붕소를 카드뮴이나 하프늄과 같은 대체 물질보다 훨씬 더 안전하고 안정적으로 만듭니다..
가압수 활성화제에 사용됩니다. (PWR), 끓는 물 원자로 (BWR), 및 연구 활성제, 일반적으로 소결된 펠릿 형태, 옷을 입은 관, 또는 복합 패널.
중성자 조사 시 안정성과 핵분열 생성물을 유지하는 능력은 활성화기 안전성과 보안 및 작동 수명을 향상시킵니다..
4.2 항공우주, 열전, 미래 소재 프론티어
항공우주 분야, 초음속 자동차의 앞부분에 사용하기 위해 탄화붕소가 발견되고 있습니다., 녹는 인자가 높은 곳 (~ 2450 ℃), 두께 감소, 및 열충격 저항성은 금속 합금에 비해 장점을 제공합니다..
열전 장치의 잠재력은 높은 제벡 계수와 감소된 열전도율에서 비롯됩니다., 심우주 탐사선이나 원자력 발전 시스템과 같은 극한 대기에서 폐기물 열을 전기 에너지로 직접 변환 가능.
다기능 건축 전자 장치의 인성 및 전기 전도성을 향상시키기 위해 탄소 나노튜브 또는 그래핀과 탄화붕소 기반 복합재를 확립하는 연구도 진행 중입니다..
뿐만 아니라, 반도체 건물은 방사선 경화 감지 장치와 지역 및 원자력 응용 분야용 감지기에 활용되고 있습니다..
요약하자면, 붕소 카바이드 자기는 극도의 기계적 효율성의 교차점에 있는 기초 재료를 나타냅니다., 핵 설계, 그리고 생산이 진행됨.
초고강도의 독특한 혼합, 두께 감소, 중성자 흡수 능력은 국방 및 핵 현대 기술에서 대체할 수 없습니다., 지속적인 연구는 항공우주 분야로 에너지를 확장하기 위한 노력을 계속하고 있습니다., 에너지 전환, 그리고 차세대 화합물.
정제 전략이 강화되고 새로운 복합 디자인이 등장함에 따라, 붕소 카바이드는 가장 까다로운 기술적 장애물에 대한 재료 혁신의 선두에 남을 것입니다..
5. 살수 장치
10월 어드밴스드 세라믹스 설립 17, 2012, 연구와 개발에 전념하는 하이테크 기업입니다, 생산, 처리, 세라믹 관련 재료 및 제품 판매 및 기술 서비스. 당사의 제품에는 탄화붕소 세라믹 제품이 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다., 질화붕소 세라믹 제품, 실리콘 카바이드 세라믹 제품, 질화규소 세라믹 제품, 이산화지르코늄 세라믹 제품, 등. 관심이 있으시면, 저희에게 연락하게 자유롭게 느끼십시오.([email protected])
태그: 붕소 탄화물, 붕소 세라믹, 붕소 탄화물 세라믹
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