1. Fundamentalioji boro karbido chemija ir kristalografinis dizainas
1.1 Molekulinė sudėtis ir struktūrinis sudėtingumas
(Boro karbido keramika)
Boro karbidas (B KETURI C) yra viena iš labiausiai intriguojančių ir technologiškai svarbiausių keraminių medžiagų dėl savo unikalaus stipraus tvirtumo derinio, mažas storis, ir išskirtinė neutronų sugerties galimybė.
Chemiškai, tai nestechiometrinė medžiaga, daugiausia sudaryta iš boro ir anglies atomų, su idealizuota B ₄ C formule, nors tikroji jo sudėtis gali skirtis nuo B ₄ C iki B ₁₀. PENKI C, atspindinti didelę homogeniškumo įvairovę, kurią valdo alternatyvios sistemos sudėtingoje kristalinėje gardelėje.
Boro karbido kristalinis karkasas gaunamas iš romboedrinės sistemos (erdvės komanda R3̄m), identifikuojamas trimačiu 12 atomų ikosaedrų tinklu– boro atomų kolekcijos– sujungtos tiesioginėmis C-B-C arba C-C grandinėmis išilgai trigonalinės ašies.
Šios ikosaedros, kiekvienas susideda iš 11 boro atomai ir 1 anglies atomas (B1₁ C), yra kovalentiškai susieti su nepaprastai stipriu B– B, B– C, ir C– C obligacijos, prisideda prie įspūdingo mechaninio stiprumo ir šiluminio saugumo.
Šių daugiakampių vienetų ir intersticinių grandinių matomumas sukelia architektūrinę anizotropiją ir vidines problemas, kurie turi įtakos ir mechaniniams gaminio įpročiams, ir skaitmeniniams namams.
Skirtingai nuo lengvesnio porceliano, pavyzdžiui, aliuminio oksido ar silicio karbido, boro karbido atominė architektūra suteikia didelį konfigūracijos lankstumą, sudaryti sąlygas defektų susidarymui ir mokesčių cirkuliacijai, kurie turi įtakos jo veikimui esant stresui ir nerimui bei apšvitinimui.
1.2 Fizinės ir elektroninės gyvenamosios vietos, atsirandančios dėl atominio sujungimo
Kovalentinis boro karbido jungčių tinklas sudaro vieną iš didžiausių įmanomų pripažintų kietumo verčių tarp sintetinių medžiagų– antra po rubino ir kubinio boro nitrido– paprastai svyruoja nuo 30 į 38 Vidurkis Vickers tvirtumo diapazone.
Jo storis labai sumažintas (~ 2.52 g/cm ŠEŠI), padarydamas jį aplinkui 30% lengvesnis už aliuminio oksidą ir beveik 70% lengvesnis už plieną, esminis pranašumas svoriui jautriose programose, tokiose kaip atskiri skydai ir kosminės erdvės dalys.
Boro karbidas pasižymi išskirtiniu cheminiu inertiškumu, atlaiko daug rūgščių ir antacidinių medžiagų poveikį erdvės temperatūros lygiu, nors gali oksiduotis 450 °C ore, sukuriant boro oksidą (B ₂ O ŠEŠI) ir co2, kurios gali pakenkti struktūriniam sąžiningumui aukštos temperatūros oksidaciniuose nustatymuose.
Jis turi platų juostos tarpą (~ 2.1 eV), priskiriant jį puslaidininkių kategorijai, kurį galima pritaikyti aukštos temperatūros elektronikoje ir radiacijos detektoriuose.
Be to, dėl didelio Seebecko koeficiento ir sumažinto šilumos laidumo jis yra termoelektrinės energijos konversijos kandidatas, ypač sunkioje aplinkoje, kur tradicinės medžiagos neveikia.
(Boro karbido keramika)
Dėl didelio ¹⁰ B izotopo neutronų gaudymo skerspjūvio gaminys taip pat rodo fenomenalią neutronų absorbciją (apie 3837 tvartai šiluminiams neutronams), todėl būtina branduolinio reaktoriaus valdymo strypuose, saugantis, ir investavo dujų saugyklų sistemas.
2. Sintezė, Tvarkymas, ir tankinimo kliūtys
2.1 Pramoninės gamybos ir miltelių gamybos metodai
Boro karbidas daugiausia susidaro dėl aukštos temperatūros karboterminio boro rūgšties sumažėjimo (H ₃ BO ₃) arba boro oksidas (B ₂ O PENKI) su anglies ištekliais, tokiais kaip naftos koksas ar anglis elektriniuose lanko šildytuvuose 2000 °C.
Atsakymas vyksta kaip: 2B DU O DU + 7C → B KETURI C + 6CO, generuojantys šiurkščiavilnių, kampiniai milteliai, kuriuos reikia labai sumalti, kad būtų galima gauti submikrono dydžio fragmentus, tinkamus keramikos apdorojimui.
Alternatyvūs sintezės būdai apima savaime plintančią aukštos temperatūros sintezę (SHS), lazeriu sukeltas cheminis nusodinimas garais (CVD), ir plazminiai metodai, kurios geriau kontroliuoja stechiometriją ir fragmentų morfologiją, tačiau yra mažiau pritaikytos pramoniniam naudojimui.
Dėl didelio tvirtumo, Boro karbido smulkinimas tiesiai į puikius miltelius sunaudoja daug energijos ir yra pažeidžiamas užteršimo iš grotelių, Norint išlaikyti grynumą, reikia naudoti boro karbidu išklotus malūnus arba polimerines šlifavimo priemones.
Gauti milteliai turi būti kruopščiai atpažinti ir deaglomeruoti, kad būtų užtikrintas vienodas pakavimas ir patikimas sukepinimas.
2.2 Sukepinimo apribojimai ir pažangūs derinimo metodai
Didelis boro karbido keramikos konstrukcijos sunkumas yra kovalentinis sukibimas ir mažas savaiminio difuzijos koeficientas., kurios labai riboja tankinimą standartinio beslėgio sukepinimo metu.
Taip pat ir artėjant temperatūrai 2200 °C, Beslėgio sukepinimo būdu paprastai gaunami porcelianai su 80– 90% akademinio storio, palieka liekamąjį poringumą, kuris pablogina mechaninę ištvermę ir balistines savybes.
Norėdami tai užkariauti, pažangūs tankinimo būdai, tokie kaip karštas stūmimas (HP) ir karštas izostatinis stūmimas (HIP) yra panaudojami.
Karštas stūmimas taiko vienaašį įtempimą (dažniausiai 30– 50 MPa) esant tarpinei temperatūrai 2100 °C ir 2300 °C, skatinančių fragmentų persitvarkymą ir plastines deformacijas, leidžiantis viršyti storį 95%.
HIP dar labiau pagerina tankinimą taikydamas izostatinį dujų slėgį (100– 200 MPa) po inkapsuliavimo, pašalina uždaras poras ir pasiekia beveik visą tankį ir pagerina atsparumą įtrūkimams.
Priedai, tokie kaip anglis, silicio, arba perkelti metalo boridus (pvz., TiB DU, CrB DU) kartais įvedami nedideli kiekiai, kad padidėtų sukepėjimas ir trukdytų grūdų augimui, nors jie gali šiek tiek sumažinti kietumą arba neutronų sugerties efektyvumą.
Nepaisant šių proveržių, grūdų ribos silpnumas ir būdingas trapumas tebėra negailestingi iššūkiai, ypač intensyvios apkrovos sąlygomis.
3. Mechaniniai veiksmai ir našumas esant ekstremalioms apkrovoms
3.1 Balistinio pasipriešinimo ir gedimų sistemos
Boro karbidas yra plačiai pripažintas kaip geriausia medžiaga, skirta lengvoms šarvų balistinės apsaugos priemonėms, automobilio dengimas, ir lėktuvo ekranavimas.
Dėl didelio tvirtumo jis gali tinkamai susidėvėti ir deformuoti įeinančius sviedinius, tokius kaip šarvus pradurtas kulkas ir gabalai, išsklaido kinetinę galią per sistemas, susidedančias iš įtrūkimų, mikrokrekingas, ir vietos scenos kaita.
Nepaisant to, boro karbidas rodo reiškinį, vadinamą “amorfizacija šoko metu,” kur, esant didelio greičio smūgiui (paprastai > 1.8 km/s), kristalinė struktūra suyra tiesiai į netvarkingą, amorfinė fazė, kuri neturi laikomosios galios, dėl to įvyko tragiška nesėkmė.
Ši slėgio sukelta amorfizacija, stebimas atliekant in situ rentgeno difrakcijos ir TEM tyrimus, yra priskiriamas ikosaedrinių sistemų ir CB grandinių skilimui esant dideliam šlyties įtempiui.
Pastangos tai sušvelninti apima grūdų gerinimą, sudėtinis stilius (pvz., B KETURI C-SiC), ir paviršiaus plotas padengtas lanksčiu plienu, kad būtų atidėtas lūžių plitimas ir suskaidymas.
3.2 Atsparumas dilimui ir pramoninis pritaikymas
Buvusi gynyba, Dėl boro karbido atsparumo dilimui jis idealiai tinka komercinėms reikmėms, įskaitant didelį susidėvėjimą, pavyzdžiui, smėliavimo purkštukai, pjovimo vandens srove antgaliai, ir šlifavimo terpę.
Jo kietumas iš esmės pranoksta volframo karbido ir aliuminio oksido kietumą, Dėl to pailgėja tarnavimo laikas ir sumažinamos priežiūros išlaidos didelio našumo gamybos atmosferose.
Elementai, pagaminti iš boro karbido, gali veikti esant aukšto slėgio abrazyviniams srautams be greito sunaikinimo, nors reikia pasirūpinti, kad procedūros metu būtų išvengta terminio šoko ir tempimo įtempių.
Jo naudojimas branduolinėje aplinkoje papildomai pasiekia nusidėvėjimui atsparius dujų tvarkymo sistemų komponentus, kur reikalingas mechaninis tvirtumas ir neutronų sugertis.
4. Strateginiai pritaikymai branduolinėje srityje, Aviacijos erdvė, ir naujos technologijos
4.1 Neutronų sugerties ir radiacijos ekranavimo sprendimai
Vienas iš svarbiausių nekarinių boro karbido panaudojimo būdų išlieka atominėje energetikoje, kur jis tarnauja kaip neutronus sugeriantis produktas valdymo poliuose, uždarymo granulės, ir spinduliuotę apsaugančios konstrukcijos.
Dėl didelio ¹⁰ B izotopo gausos (paprastai ~ 20%, tačiau gali būti praturtintas iki > 90%), boro karbidas efektyviai sugauna šiluminius neutronus per ¹⁰ B(n, a)septyni Li atsakymas, sukuria alfa fragmentus ir ličio jonus, kurie lengvai patenka į gaminį.
Ši reakcija nėra radioaktyvi ir sukuria labai mažai ilgalaikių šalutinių produktų, todėl boro karbidas yra daug saugesnis ir stabilesnis nei alternatyvos, tokios kaip kadmis ar hafnis.
Jis naudojamas suslėgto vandens aktyvatoriuose (PWR), verdančio vandens reaktoriai (BWR), ir tyrimų aktyvatoriai, paprastai sukepintų granulių pavidalu, aprengti vamzdeliai, arba kompozicinės plokštės.
Jo stabilumas apšvitinant neutronais ir gebėjimas išlaikyti dalijimosi produktus pagerina aktyvatoriaus saugą ir saugumą bei ilgą tarnavimo laiką..
4.2 Aviacijos erdvė, Termoelektrikai, ir ateities materialinės sienos
Aviacijos erdvėje, Atrandamas boro karbidas, skirtas naudoti hipergarsinėse automobilių priekinėse pusėse, kur jo aukštas lydymosi koeficientas (~ 2450 °C), sumažintas storis, ir atsparumas šiluminiam smūgiui suteikia pranašumų prieš metalų lydinius.
Jo potencialas termoelektriniuose prietaisuose atsiranda dėl didelio Seebecko koeficiento ir sumažinto šilumos laidumo, leidžianti atliekos šilumą tiesiogiai paversti elektros energija atšiaurioje atmosferoje, pvz., giliosios erdvės zonduose ar branduolinėse sistemose.
Taip pat atliekamas tyrimas, skirtas sukurti boro karbido pagrindu pagamintus kompozitus su anglies nanovamzdeliais arba grafenu, siekiant padidinti daugiafunkcinės architektūrinės elektronikos tvirtumą ir elektrinį laidumą..
Be to, jos puslaidininkiniai pastatai yra naudojami radiacijai atspariuose jutikliuose ir detektoriuose, skirtuose plotams ir branduoliniams tikslams.
Apibendrinant, boro karbido porcelianai yra pagrindo medžiaga, esanti itin didelio mechaninio efektyvumo sandūroje, branduolinis dizainas, ir progresavo gamyba.
Jo unikalus itin didelio tvirtumo derinys, sumažintas storis, o neutronų sugerties gebėjimas daro jį nepakeičiamu gynybos ir branduolinėse šiuolaikinėse technologijose, o tebevyksta nuolatiniai tyrimai, siekiant išplėsti savo energiją tiesiai į aviaciją, energijos konvertavimas, ir naujos kartos junginiai.
Tobulėjant tobulinimo strategijoms, atsiranda naujų kompozicinių dizainų, boro karbidas neabejotinai išliks pirmaujantis medžiagų inovacijų srityje, sprendžiant labiausiai reikalaujančias technologines kliūtis.
5. Platintojas
Advanced Ceramics įkurta spalio mėn 17, 2012, yra aukštųjų technologijų įmonė, įsipareigojusi atlikti tyrimus ir plėtrą, gamyba, apdorojimas, keraminių medžiagų ir gaminių pardavimas ir techninės paslaugos. Mūsų gaminiai apima boro karbido keramikos gaminius, bet jais neapsiribojant, Boro nitrido keramikos gaminiai, Silicio karbido keramikos gaminiai, Silicio nitrido keramikos gaminiai, Cirkonio dioksido keramikos gaminiai, ir tt. Jei jus domina, nedvejodami susisiekite su mumis.([email protected])
Žymos: Boro karbidas, Boro keramika, Boro karbido keramika
Visi straipsniai ir nuotraukos yra iš interneto. Jei yra kokių nors autorių teisių problemų, susisiekite su mumis laiku, kad ištrintumėte.
Pasiteiraukite mūsų