1. Bora karbīda fundamentālā ķīmija un kristālogrāfiskais dizains
1.1 Molekulārais sastāvs un struktūras sarežģītība
(Bora karbīda keramika)
Bora karbīds (B ČETRI C) ir viens no intriģējošākajiem un tehnoloģiski svarīgākajiem keramikas materiāliem, pateicoties tā unikālajai spēcīgas stingrības kombinācijai, zems biezums, un izcila neitronu absorbcijas spēja.
Ķīmiski, tā ir nestehiometriska viela, kas galvenokārt sastāv no bora un oglekļa atomiem, ar idealizētu formulu B ₄ C, lai gan tā patiesais sastāvs var atšķirties no B ₄ C līdz B ₁₀. PIECI C, atspoguļojot lielu viendabīguma dažādību, ko regulē alternatīvās sistēmas tās sarežģītajā kristāla režģī.
Bora karbīda kristāliskais karkass nāk no romboedriskās sistēmas (kosmosa komanda R3̄m), identificēts ar 12 atomu ikosaedru trīsdimensiju tīklu– bora atomu kolekcijas– savienotas ar tiešām C-B-C vai C-C ķēdēm gar trigonālo asi.
Šie ikosaedri, katrs sastāv no 11 bora atomi un 1 oglekļa atoms (B ₁₁ C), ir kovalenti saistīti ar ļoti spēcīgu B– B, B– C, un C– C obligācijas, veicinot tā iespaidīgo mehānisko izturību un termisko drošību.
Šo daudzskaldņu vienību un intersticiālo ķēžu redzamība rada arhitektūras anizotropiju un būtiskas problēmas, kas ietekmē gan produkta mehāniskos paradumus, gan digitālās mājas.
Atšķirībā no vieglākiem porcelāniem, piemēram, alumīnija oksīda vai silīcija karbīda, bora karbīda atomu arhitektūra nodrošina ievērojamu konfigurācijas elastību, padarot iespējamu defektu veidošanos un maksas cirkulāciju, kas ietekmē tā veiktspēju stresa, trauksmes un apstarošanas apstākļos.
1.2 Fiziskās un elektroniskās dzīvesvietas, kas rodas no atomu savienošanas
Kovalento saišu tīkls bora karbīdā rada vienu no augstākajām iespējamām atzītajām cietības vērtībām sintētisko materiālu vidū– otrajā vietā pēc rubīna un kubiskā bora nitrīda– parasti svārstās no 30 uz 38 Vidējā atzīme Vickers stingrības diapazonā.
Tās biezums ir ārkārtīgi samazināts (~ 2.52 g/cm SEŠI), padarot to apkārt 30% vieglāks par alumīnija oksīdu un gandrīz 70% vieglāks par tēraudu, būtiska priekšrocība lietojumos, kas ir jutīgi pret svaru, piemēram, atsevišķiem vairogiem un kosmosa detaļām.
Bora karbīdam piemīt izcila ķīmiskā inerce, iztur daudzu skābju un antacīdu iedarbību telpas temperatūras līmenī, lai gan tas var oksidēties 450 ° C gaisā, veidojot bora oksīdu (B ₂ O SIX) un co2, kas var apdraudēt strukturālo godīgumu augstas temperatūras oksidācijas apstākļos.
Tam ir plašs joslas diapazons (~ 2.1 eV), klasificējot to kā pusvadītāju ar potenciālu pielietojumu augstas temperatūras elektronikā un radiācijas detektoros.
Turklāt, tā augstais Zēbeka koeficients un samazinātā siltumvadītspēja padara to par kandidātu termoelektriskās enerģijas pārveidošanai, īpaši smagā vidē, kur tradicionālie materiāli nedarbojas.
(Bora karbīda keramika)
Produkts papildus parāda fenomenālu neitronu absorbciju, pateicoties ¹⁰ B izotopa lielajam neitronu uztveršanas šķērsgriezumam (par 3837 šķūņi termiskajiem neitroniem), padarot to par būtisku kodolreaktora vadības stieņos, aizsargājot, un ieguldīja gāzes uzglabāšanas telpu sistēmas.
2. Sintēze, Apstrāde, un šķēršļi blīvēšanā
2.1 Rūpnieciskās ražošanas un pulvera konstruēšanas metodes
Bora karbīds lielā mērā tiek radīts ar borskābes karbotermisku samazināšanos augstā temperatūrā (H ₃ BO ₃) vai bora oksīds (B ₂ O PIECI) ar oglekļa resursiem, piemēram, naftas koksu vai kokoglēm elektriskajos loka sildītājos, kas pāriet 2000 °C.
Atbilde turpinās kā: 2B DIVI O DIVI + 7C → B ČETRI C + 6CO, radot rupju, leņķveida pulveri, kuriem nepieciešama pamatīga frēzēšana, lai iegūtu submikronu fragmentu izmērus, kas piemēroti keramikas apstrādei.
Alternatīvi sintēzes ceļi ietver pašvairojošu sintēzi augstā temperatūrā (SHS), lāzera izraisīta ķīmiskā tvaiku nogulsnēšanās (CVD), un plazmas paņēmieni, kas izmanto labāku stehiometrijas un fragmentu morfoloģijas kontroli, taču ir mazāk mērogojami rūpnieciskai lietošanai.
Tā spēcīgās cietības dēļ, Bora karbīda malšana tieši lielos pulveros ir energoietilpīga un neaizsargāta pret piesārņojumu no režģa vides, prasīga, izmantojot bora karbīda dzirnavas vai polimēru slīpēšanas palīglīdzekļus, lai saglabātu tīrību.
Iegūtie pulveri rūpīgi jāidentificē un deaglomerēti, lai garantētu vienmērīgu iepakošanu un drošu saķepināšanu.
2.2 Saķepināšanas ierobežojumi un uzlabotas kombinācijas pieejas
Būtiskas grūtības bora karbīda keramikas konstrukcijā ir tās kovalentās saites raksturs un zemais pašdifūzijas koeficients., kas stingri ierobežo blīvēšanu standarta bezspiediena saķepināšanas laikā.
Arī pie temperatūras tuvošanās 2200 °C, bezspiediena saķepināšana parasti ražo porcelānu ar 80– 90% akadēmiskā biezuma, atstājot atlikušo porainību, kas pasliktina mehānisko izturību un ballistisko veiktspēju.
Lai to iekarotu, progresīvas blīvēšanas metodes, piemēram, karstā spiešana (HP) un karstā izostatiskā stumšana (HIP) tiek izmantoti.
Karstā stumšana pieliek vienpusēju spriegumu (parasti 30– 50 MPa) temperatūrā starp 2100 ° C un 2300 °C, veicinot fragmentu pārkārtošanos un plastisko deformāciju, pieļaujot biezuma pārsniegšanu 95%.
HIP vēl vairāk uzlabo blīvēšanu, izmantojot izostatisku gāzes spiedienu (100– 200 MPa) pēc iekapsulēšanas, likvidējot slēgtās poras un sasniedzot gandrīz pilnu blīvumu ar uzlabotu plaisu izturību.
Piedevas, piemēram, ogleklis, silīcijs, vai novirzīt metāla borīdus (piem., TiB DIVI, CrB DIVI) dažreiz tiek ieviesti nelielos daudzumos, lai uzlabotu saķepināšanu un kavētu graudu augšanu, lai gan tie var nedaudz samazināt cietību vai neitronu absorbcijas efektivitāti.
Neskatoties uz šiem sasniegumiem, graudu robežu vājums un raksturīgais trauslums joprojām ir nerimstoši izaicinājumi, īpaši dinamiskas slodzes apstākļos.
3. Mehāniskās darbības un veiktspēja ārkārtējas slodzes apstākļos
3.1 Ballistiskās pretestības un atteices sistēmas
Bora karbīds ir plaši atzīts par galveno materiālu vieglai bruņuvestu ballistiskajai aizsardzībai, auto apšuvums, un lidmašīnas vairogs.
Tā augstā stingrība ļauj pareizi nolietot un deformēt ienākošos šāviņus, piemēram, bruņas caurdurošas lodes un gabalus., izkliedējot kinētisko spēku, izmantojot sistēmas, kas sastāv no plaisas, mikrokrekinga, un vietējā skatuves maiņa.
Tomēr, bora karbīds parāda fenomenu, ko sauc “amorfizācija šoka apstākļos,” kur, liela ātruma triecienā (parasti > 1.8 km/s), kristāliskā struktūra sadalās tieši nesakārtotā, amorfā fāze, kurai nav nestspējas, izraisot traģisku neveiksmi.
Šī spiediena izraisītā amorfizācija, novēroja in situ rentgenstaru difrakcijas un TEM pētījumos, ir saistīts ar ikosaedru sistēmu un CB-C ķēžu sadalīšanos ārkārtējas bīdes sprieguma apstākļos.
Centieni to mazināt ir graudu uzlabošana, salikts stils (piem., B ČETRI C-SiC), un virsmas pārklājums ar lokanu tēraudu, lai aizkavētu lūzumu izplatīšanos un sadrumstalotību.
3.2 Nodilumizturība un rūpnieciski pielietojumi
Iepriekšējā aizsardzība, bora karbīda nodilumizturība padara to ideāli piemērotu komerciāliem lietojumiem, tostarp stipram nodilumam, piemēram, smilšu strūklas sprauslas, ūdens strūklas griešanas padomi, un slīpēšanas līdzeklis.
Tā cietība ievērojami pārsniedz volframa karbīda un alumīnija oksīda cietību, kas nodrošina ilgāku kalpošanas laiku un minimālas uzturēšanas izmaksas augstas caurlaidības ražošanas vidēs.
No bora karbīda izgatavotie elementi var darboties augsta spiediena abrazīvās plūsmās bez ātras iznīcināšanas, lai gan procedūras laikā jāievēro piesardzība, lai novērstu termisko triecienu un stiepes spriegumus.
Tā izmantošana kodolierīcēs papildus sasniedz nodilumizturīgus komponentus gāzes apstrādes sistēmās, kur nepieciešama gan mehāniskā izturība, gan neitronu absorbcija.
4. Stratēģiskie pielietojumi kodolenerģētikā, Aviācija, un jaunās tehnoloģijas
4.1 Neitronu absorbcijas un starojuma aizsardzības risinājumi
Viens no svarīgākajiem bora karbīda nemilitārajiem lietojumiem joprojām ir atomenerģija, kur tas kalpo kā neitronus absorbējošs produkts vadības stabos, slēgšanas granulas, un starojuma aizsargkonstrukcijas.
¹⁰ B izotopa lielās bagātības dēļ (parasti ~ 20%, tomēr var bagātināt līdz > 90%), bora karbīds efektīvi uztver termiskos neitronus caur ¹⁰ B(n, a)septiņi Li atbilde, radot alfa fragmentus un litija jonus, kas ir viegli iekļauti izstrādājumā.
Šī reakcija nav radioaktīva un rada ļoti maz ilgstošu blakusproduktu, padarot bora karbīdu daudz drošāku un stabilāku nekā alternatīvas, piemēram, kadmijs vai hafnijs.
To izmanto spiediena ūdens aktivatoros (PWR), verdoša ūdens reaktori (BWR), un pētījumu aktivatori, parasti saķepinātu granulu veidā, apģērbtas caurules, vai kompozītmateriālu paneļi.
Tā stabilitāte neitronu apstarošanas ietekmē un spēja uzturēt skaldīšanas produktus uzlabo aktivatora drošību un drošību, kā arī ilgu darbības laiku..
4.2 Aviācija, Termoelektriķi, un nākotnes materiālu robežas
Kosmosā, bora karbīds tiek atklāts izmantošanai hiperskaņas automašīnu priekšējos sānos, kur tā augstais kušanas koeficients (~ 2450 °C), samazināts biezums, un termiskā triecienizturība piedāvā priekšrocības salīdzinājumā ar metālu sakausējumiem.
Tās potenciāls termoelektriskajos sīkrīkos izriet no tā augstā Zēbeka koeficienta un samazinātās siltumvadītspējas, kas ļauj tieši pārvērst siltuma atkritumus elektroenerģijā smagās atmosfērās, piemēram, dziļās kosmosa zondēs vai ar kodolenerģiju darbināmās sistēmās.
Notiek arī pētījums, lai izveidotu bora karbīda kompozītmateriālus ar oglekļa nanocaurulēm vai grafēnu, lai uzlabotu daudzfunkcionālas arhitektūras elektronikas izturību un elektrisko vadītspēju..
Turklāt, tās pusvadītāju ēkas tiek izmantotas pret radiāciju izturīgās sensoru blokos un detektoros, kas paredzēti apgabaliem un kodolierīcēm.
Kopsavilkumā, bora karbīda porcelāns ir pamatmateriāls ārkārtējas mehāniskās efektivitātes krustpunktā, kodolprojektēšana, un progresēja ražošana.
Tas ir unikāls īpaši augstas izturības sajaukums, samazināts biezums, un neitronu absorbcijas spēja padara to neaizstājamu aizsardzības un kodoltehnoloģijās, kamēr turpinās nepārtraukti pētījumi, lai paplašinātu savu enerģiju tieši aviācijā, enerģijas pārveide, un nākamās paaudzes savienojumi.
Uzlabojoties pilnveidošanas stratēģijām, parādās jauni kompozītmateriāli, bora karbīds noteikti saglabās vadošo pozīciju materiālu inovāciju jomā visnepieciešamākajiem tehnoloģiskajiem šķēršļiem.
5. Izplatītājs
Advanced Ceramics dibināta oktobrī 17, 2012, ir augsto tehnoloģiju uzņēmums, kas nodarbojas ar pētniecību un attīstību, ražošanu, apstrāde, keramikas materiālu un izstrādājumu pārdošana un tehniskie pakalpojumi. Mūsu produkti ietver, bet ne tikai, bora karbīda keramikas izstrādājumus, Bora nitrīda keramikas izstrādājumi, Silīcija karbīda keramikas izstrādājumi, Silīcija nitrīda keramikas izstrādājumi, Cirkonija dioksīda keramikas izstrādājumi, utt. Ja jūs interesē, lūdzu, sazinieties ar mums.([email protected])
Tagi: Bora karbīds, Bora keramika, Bora karbīda keramika
Visi raksti un bildes ir no interneta. Ja ir kādas autortiesību problēmas, lūdzu, savlaicīgi sazinieties ar mums, lai dzēstu.
Jautājiet mums