बोरॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स: अल्ट्रा-हार्ड, बॅलिस्टिक संरक्षण आणि न्यूट्रॉन अवशोषण तंत्रज्ञानाच्या सीरेमिक बेअरिंगच्या सीमेवर हलके साहित्य

1. बोरॉन कार्बाइडचे मूलभूत रसायनशास्त्र आणि क्रिस्टलोग्राफिक डिझाइन

1.1 आण्विक रचना आणि संरचनात्मक जटिलता

(बोरॉन कार्बाइड सिरेमिक)

बोरॉन कार्बाइड (ब चार क) गंभीर दृढतेच्या अद्वितीय संयोजनामुळे सर्वात वेधक आणि तांत्रिकदृष्ट्या महत्त्वपूर्ण सिरॅमिक सामग्रींपैकी एक आहे, कमी जाडी, आणि अपवादात्मक न्यूट्रॉन शोषण क्षमता.

रासायनिकदृष्ट्या, हा एक नॉन-स्टोइचियोमेट्रिक पदार्थ आहे जो प्रामुख्याने बोरॉन आणि कार्बन अणूंनी बनलेला असतो, B ₄ C च्या आदर्श सूत्रासह, जरी त्याची खरी रचना B ₄ C ते B ₁₀ पर्यंत बदलू शकते. पाच क, त्याच्या जटिल क्रिस्टल जाळीमध्ये पर्यायी प्रणालीद्वारे शासित मोठ्या एकजिनसीपणाची विविधता प्रतिबिंबित करते.

बोरॉन कार्बाइडची क्रिस्टल फ्रेमवर्क rhombohedral प्रणाली पासून येते (अंतराळ संघ R3̄m), 12-अणू icosahedra च्या त्रिमितीय नेटवर्कद्वारे ओळखले जाते– बोरॉन अणूंचा संग्रह– त्रिकोणीय अक्षासह थेट C-B-C किंवा C-C साखळ्यांद्वारे जोडलेले.

या icosahedra, प्रत्येकाचा समावेश आहे 11 बोरॉन अणू आणि 1 कार्बन अणू (B ₁₁ C), उल्लेखनीयपणे मजबूत B सह सहसंयोजक बंध आहेत– बी, बी– सी, आणि सी– सी बंध, त्याच्या प्रभावी यांत्रिक शक्ती आणि थर्मल सुरक्षिततेसाठी योगदान.

या पॉलिहेड्रल युनिट्स आणि इंटरस्टिशियल चेनची दृश्यमानता आर्किटेक्चरल ॲनिसोट्रॉपी आणि आंतरिक समस्यांचा परिचय देते, जे उत्पादनाच्या यांत्रिक सवयी आणि डिजिटल घरांवर परिणाम करतात.

अल्युमिना किंवा सिलिकॉन कार्बाइड सारख्या सोप्या पोर्सिलेनच्या विपरीत, बोरॉन कार्बाइडचे अणू आर्किटेक्चर लक्षणीय कॉन्फिगरेशन लवचिकतेसाठी परवानगी देते, तणाव आणि चिंता आणि विकिरण यांच्या अंतर्गत त्याच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारे दोष तयार करणे आणि शुल्क परिसंचरण करणे शक्य करते.

1.2 अणुबंधनातून होणारे भौतिक आणि इलेक्ट्रॉनिक निवासस्थान

बोरॉन कार्बाइडमधील सहसंयोजक बाँडिंग नेटवर्क सिंथेटिक मटेरिअलमध्ये सर्वाधिक संभाव्य मान्यताप्राप्त कडकपणाचे मूल्य बनवते– रुबी आणि क्यूबिक बोरॉन नायट्राइड नंतर दुसरे– पासून सामान्यत: यावरील 30 करण्यासाठी 38 विकर्स दृढता श्रेणीवर ग्रेड पॉइंट सरासरी.

त्याची जाडी अत्यंत कमी झाली आहे (~ 2.52 g/cm सहा), ते सुमारे बनवणे 30% अल्युमिना पेक्षा हलका आणि जवळजवळ 70% स्टीलपेक्षा हलका, वैयक्तिक ढाल आणि एरोस्पेस भाग यासारख्या वजन-संवेदनशील अनुप्रयोगांमध्ये एक महत्त्वपूर्ण फायदा.

बोरॉन कार्बाइड उत्कृष्ट रासायनिक जडत्व प्रदर्शित करते, अंतराळ तापमान पातळीवर भरपूर ऍसिडस् आणि अँटासिड्सचा स्ट्राइक सहन करणे, जरी ते ऑक्सिडाइझ करू शकते 450 हवेत ° से, बोरिक ऑक्साईड तयार करणे (B ₂ O सहा) आणि co2, जे उच्च-तापमान ऑक्सिडेटिव्ह सेटिंग्जमध्ये संरचनात्मक प्रामाणिकपणाशी तडजोड करू शकते.

त्यात रुंद बँडगॅप आहे (~ 2.1 eV), उच्च-तापमान इलेक्ट्रॉनिक्स आणि रेडिएशन डिटेक्टरमध्ये संभाव्य अनुप्रयोगांसह अर्धसंवाहक म्हणून त्याचे वर्गीकरण.

शिवाय, त्याचे उच्च सीबेक गुणांक आणि कमी झालेली थर्मल चालकता हे थर्मोइलेक्ट्रिक ऊर्जा रूपांतरणासाठी उमेदवार बनवते, विशेषतः गंभीर वातावरणात जेथे पारंपारिक साहित्य अपयशी ठरते.

(बोरॉन कार्बाइड सिरेमिक)

¹⁰ B समस्थानिकेच्या उच्च न्यूट्रॉन कॅप्चर क्रॉस-सेक्शनमुळे उत्पादन अभूतपूर्व न्यूट्रॉन शोषण देखील दर्शवते (बद्दल 3837 थर्मल न्यूट्रॉनसाठी कोठार), आण्विक रिॲक्टर कंट्रोल रॉड्समध्ये ते आवश्यक आहे, संरक्षण, आणि गुंतवणूक गॅस स्टोरेज स्पेस सिस्टम.

2. संश्लेषण, हाताळणी, आणि घनता मध्ये अडथळे

2.1 औद्योगिक उत्पादन आणि पावडर बांधकाम पद्धती

बोरॉन कार्बाइड मोठ्या प्रमाणात बोरिक ऍसिडच्या उच्च-तापमानातील कार्बोथर्मल घटाने तयार होते (H ₃ BO ₃) किंवा बोरॉन ऑक्साईड (B ₂ O पाच) इलेक्ट्रिकल आर्क हीटर्समध्ये पेट्रोलियम कोक किंवा चारकोल सारख्या कार्बन संसाधनांसह 2000 ° से.

प्रतिसाद म्हणून पुढे जातो: 2ब दोन O दोन + 7C → B चार C + 6CO, खडबडीत निर्मिती, कोनीय पावडर ज्यांना सिरेमिक हाताळणीसाठी योग्य सबमिक्रॉन फ्रॅगमेंट आकार पूर्ण करण्यासाठी भरीव मिलिंग आवश्यक आहे.

वैकल्पिक संश्लेषण मार्गांमध्ये स्वयं-प्रसार करणारे उच्च-तापमान संश्लेषण समाविष्ट आहे (एसएचएस), लेसर-प्रेरित रासायनिक वाष्प जमा (CVD), आणि प्लाझ्मा सहाय्य तंत्र, जे स्टोइचियोमेट्री आणि फ्रॅगमेंट मॉर्फोलॉजीवर चांगले नियंत्रण वापरतात तरीही औद्योगिक वापरासाठी कमी स्केलेबल आहेत.

त्याच्या तीव्र घनतेमुळे, बोरॉन कार्बाइड थेट ग्रेट पावडरमध्ये पीसणे ऊर्जा-केंद्रित आहे आणि जाळीच्या माध्यमापासून दूषित होण्यास असुरक्षित आहे, शुद्धता राखण्यासाठी बोरॉन कार्बाइड-लाइन असलेल्या गिरण्या किंवा पॉलिमरिक ग्राइंडिंग एड्स वापरण्याची मागणी.

परिणामी पावडर एकसमान पॅकिंग आणि विश्वासार्ह सिंटरिंगची हमी देण्यासाठी काळजीपूर्वक ओळखले पाहिजे आणि डीग्ग्लोमेरेट केलेले असावे..

2.2 सिंटरिंग मर्यादा आणि प्रगत संयोजन दृष्टीकोन

बोरॉन कार्बाइड सिरेमिक बांधकामातील एक महत्त्वाची अडचण म्हणजे त्याचे सहसंयोजक बंधन स्वरूप आणि कमी स्व-प्रसरण गुणांक, जे मानक दाबरहित सिंटरिंग दरम्यान घनता मर्यादित करते.

तसेच तापमान जवळ येत आहे 2200 ° से, प्रेशरलेस सिंटरिंग साधारणपणे 80 सह पोर्सिलेन तयार करते– 90% शैक्षणिक जाडीचे, यांत्रिक तग धरण्याची क्षमता आणि बॅलिस्टिक कार्यक्षमतेला कमी करणारी अवशिष्ट सच्छिद्रता सोडणे.

यावर विजय मिळवण्यासाठी, हॉट पुशिंग सारख्या डेन्सिफिकेशन तंत्रात प्रगती झाली (एचपी) आणि हॉट आयसोस्टॅटिक पुशिंग (HIP) वापरले जातात.

हॉट पुशिंग एकअक्षीय ताण लागू करते (सामान्यतः 30– 50 एमपीए) दरम्यानच्या तापमानात 2100 ° से आणि 2300 ° से, तुकड्यांच्या पुनर्रचना आणि प्लास्टिकच्या विकृतीला प्रोत्साहन देणे, जाडी ओलांडण्याची परवानगी देते 95%.

एचआयपी आयसोस्टॅटिक गॅस प्रेशर लागू करून घनता सुधारते (100– 200 एमपीए) encapsulation नंतर, बंद छिद्रे काढून टाकणे आणि सुधारित क्रॅक कडकपणासह जवळ-पूर्ण घनता प्राप्त करणे.

ऍडिटीव्ह जसे की कार्बन, सिलिकॉन, किंवा मेटल बोराइड्स शिफ्ट करा (उदा., TiB दोन, CrB दोन) सिंटरेबिलिटी वाढवण्यासाठी आणि धान्याच्या वाढीस अडथळा आणण्यासाठी काही वेळा थोड्या प्रमाणात सादर केले जातात, जरी ते घनता किंवा न्यूट्रॉन शोषण कार्यक्षमता थोडे कमी करू शकतात.

हे यश असूनही, धान्य सीमा कमकुवतपणा आणि आंतरिक ठिसूळपणा अथक आव्हाने आहेत, विशेषत: दोलायमान लोडिंग परिस्थितीत.

3. यांत्रिक क्रिया आणि कार्यप्रदर्शन अत्यंत लोडिंग परिस्थितीत

3.1 बॅलिस्टिक प्रतिकार आणि अपयश प्रणाली

बोरॉन कार्बाइड शरीराच्या चिलखतीमध्ये हलक्या वजनाच्या बॅलिस्टिक संरक्षणासाठी प्रमुख सामग्री म्हणून ओळखले जाते., कार प्लेटिंग, आणि विमानाचे संरक्षण.

त्याच्या उच्च दृढतेमुळे ते चिलखत छेदणाऱ्या गोळ्या आणि तुकडे यांसारख्या येणाऱ्या प्रक्षेपणांना योग्यरित्या खराब करण्यास आणि विरघळण्यास सक्षम करते., क्रॅक असलेल्या प्रणालींद्वारे गतिज शक्ती नष्ट करणे, मायक्रोक्रॅकिंग, आणि स्थानिक स्टेज बदल.

असे असले तरी, बोरॉन कार्बाइड नावाची घटना प्रदर्शित करते “शॉक अंतर्गत amorphization,” कुठे, उच्च-वेग प्रभावाखाली (सहसा > 1.8 किमी/से), स्फटिकाची रचना थेट विस्कळीत होते, आकारहीन टप्पा ज्यामध्ये भार सहन करण्याची क्षमता नसते, परिणामी दुःखद अपयश.

हे दबाव-प्रेरित आकारीकरण, इन-सीटू क्ष-किरण विवर्तन आणि TEM अभ्यासाद्वारे निरीक्षण केले गेले, अत्यंत कातरणे तणावाखाली आयकोसेहेड्रल प्रणाली आणि सी-बी-सी साखळ्यांच्या विघटनाला कारणीभूत आहे.

हे कमी करण्याच्या प्रयत्नांमध्ये धान्य सुधारणांचा समावेश आहे, संमिश्र शैली (उदा., B चार C-SiC), आणि पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ लवचिक स्टील्सने झाकणे ज्यामुळे फ्रॅक्चरच्या प्रसारास विलंब होतो आणि विखंडन होते.

3.2 परिधान प्रतिरोधक आणि औद्योगिक अनुप्रयोग

मागील संरक्षण, बोरॉन कार्बाइडची घर्षण प्रतिरोधकता गंभीर पोशाखांसह व्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी आदर्श बनवते, जसे की सँडब्लास्टिंग नोजल, वॉटर जेट कटिंग टिप्स, आणि ग्राइंडिंग मीडिया.

त्याची घनता टंगस्टन कार्बाइड आणि ॲल्युमिनाच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या मागे आहे, उच्च-थ्रूपुट मॅन्युफॅक्चरिंग वातावरणात दीर्घायुष्य आणि देखभाल खर्च कमी करण्यासाठी अग्रगण्य.

बोरॉन कार्बाइडपासून बनवलेले घटक जलद नाश न करता उच्च दाबाच्या अपघर्षक प्रवाहाखाली कार्य करू शकतात, जरी प्रक्रियेदरम्यान थर्मल शॉक आणि तन्य ताण टाळण्यासाठी काळजी घेणे आवश्यक आहे.

आण्विक सेटिंग्जमध्ये त्याचा वापर गॅस हाताळणी प्रणालींमधील पोशाख-प्रतिरोधक घटकांपर्यंत पोहोचतो, जेथे यांत्रिक बळकटपणा आणि न्यूट्रॉन शोषण दोन्ही आवश्यक आहेत.

4. आण्विक मध्ये धोरणात्मक अनुप्रयोग, एरोस्पेस, आणि उदयोन्मुख तंत्रज्ञान

4.1 न्यूट्रॉन शोषण आणि रेडिएशन शील्डिंग सोल्यूशन्स

बोरॉन कार्बाइडचा सर्वात महत्वाचा गैर-लष्करी अनुप्रयोगांपैकी एक अणुऊर्जेमध्ये राहते, जेथे ते नियंत्रण ध्रुवांमध्ये न्यूट्रॉन-शोषक उत्पादन म्हणून काम करते, बंद गोळ्या, आणि रेडिएशन शील्डिंग संरचना.

¹⁰ B समस्थानिकाच्या उच्च संपत्तीमुळे (साधारणपणे ~ 20%, तथापि > पर्यंत समृद्ध केले जाऊ शकते 90%), बोरॉन कार्बाइड ¹⁰ B द्वारे थर्मल न्यूट्रॉन कार्यक्षमतेने पकडते(n, a)सात ली प्रतिसाद, अल्फा तुकडे आणि लिथियम आयन तयार करणे जे उत्पादनामध्ये सहजपणे समाविष्ट आहेत.

ही प्रतिक्रिया किरणोत्सर्गी नसलेली असते आणि फारच कमी दीर्घकाळ उपउत्पादने निर्माण करते, कॅडमियम किंवा हॅफनियम सारख्या पर्यायांपेक्षा बोरॉन कार्बाइड अधिक सुरक्षित आणि बरेच अधिक स्थिर बनवणे.

याचा वापर प्रेशराइज्ड वॉटर ॲक्टिव्हेटरमध्ये केला जातो (पीडब्ल्यूआर), उकळत्या पाण्याच्या अणुभट्ट्या (BWRs), आणि संशोधन कार्यकर्ते, सामान्यत: sintered गोळ्याच्या स्वरूपात, पोशाख नळ्या, किंवा संमिश्र पटल.

न्यूट्रॉन इरॅडिएशन अंतर्गत त्याची स्थिरता आणि विखंडन उत्पादने राखण्याची क्षमता ॲक्टिव्हेटर सुरक्षितता आणि सुरक्षा आणि ऑपरेशनल दीर्घ आयुष्य सुधारते.

4.2 एरोस्पेस, थर्मोइलेक्ट्रिक्स, आणि भविष्यातील मटेरियल फ्रंटियर्स

एरोस्पेस मध्ये, हायपरसोनिक कारच्या अग्रभागी वापरण्यासाठी बोरॉन कार्बाइड शोधले जात आहे, जेथे त्याचा उच्च वितळणारा घटक (~ 2450 ° से), कमी जाडी, आणि थर्मल शॉक रेझिस्टन्स मेटल ॲलॉयपेक्षा फायदे देतात.

थर्मोइलेक्ट्रिक गॅझेट्समधील त्याची क्षमता त्याच्या उच्च सीबेक गुणांक आणि कमी झालेल्या थर्मल चालकतामुळे येते, डीप-स्पेस प्रोब किंवा आण्विक-शक्तीवर चालणाऱ्या प्रणालींसारख्या गंभीर वातावरणात कचरा उष्णतेचे विद्युत उर्जेमध्ये थेट रूपांतर करण्यास सक्षम करणे.

मल्टीफंक्शनल आर्किटेक्चरल इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी कडकपणा आणि विद्युत चालकता वाढविण्यासाठी कार्बन नॅनोट्यूब किंवा ग्राफीनसह बोरॉन कार्बाइड-आधारित कंपोझिट स्थापित करण्यासाठी देखील अभ्यास सुरू आहे..

शिवाय, त्याच्या अर्धसंवाहक इमारतींचा वापर रेडिएशन-कठोर सेन्सिंग युनिट्स आणि क्षेत्र आणि आण्विक अनुप्रयोगांसाठी शोधकांमध्ये केला जात आहे..

संक्षेप मध्ये, बोरॉन कार्बाइड पोर्सिलेन अत्यंत यांत्रिक कार्यक्षमतेच्या जंक्शनवर पायाभूत सामग्रीसाठी उभे असतात, आण्विक डिझाइन, आणि प्रगती उत्पादन.

त्याचे अल्ट्रा-हाय सॉलिडिटीचे एक-एक-प्रकारचे मिश्रण, कमी जाडी, आणि न्यूट्रॉन शोषण्याची क्षमता संरक्षण आणि आण्विक आधुनिक तंत्रज्ञानामध्ये ते बदलण्यायोग्य बनवते, सतत संशोधन अभ्यास त्याच्या उर्जेचा थेट एरोस्पेसमध्ये विस्तार करणे बाकी आहे, ऊर्जा रूपांतरण, आणि पुढील पिढीतील संयुगे.

परिष्कृत रणनीतींना चालना मिळते आणि नवीन संमिश्र डिझाइन्स उदयास येतात, सर्वात आवश्यक तांत्रिक अडथळ्यांसाठी बोरॉन कार्बाइड निश्चितपणे सामग्रीच्या नवकल्पनाच्या अग्रस्थानी राहील.

5. वितरक

ऑक्टोबर रोजी प्रगत सिरॅमिक्सची स्थापना केली 17, 2012, संशोधन आणि विकासासाठी वचनबद्ध एक उच्च-तंत्रज्ञान उपक्रम आहे, उत्पादन, प्रक्रिया, सिरेमिक संबंधित सामग्री आणि उत्पादनांची विक्री आणि तांत्रिक सेवा. आमच्या उत्पादनांमध्ये बोरॉन कार्बाइड सिरॅमिक उत्पादनांचा समावेश आहे परंतु ते इतकेच मर्यादित नाही, बोरॉन नायट्राइड सिरेमिक उत्पादने, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक उत्पादने, सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक उत्पादने, झिरकोनियम डायऑक्साइड सिरेमिक उत्पादने, इ. तुम्हाला स्वारस्य असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधा.([email protected])
टॅग्ज: बोरॉन कार्बाइड, बोरॉन सिरेमिक, बोरॉन कार्बाइड सिरेमिक

सर्व लेख आणि चित्रे इंटरनेटवरून आहेत. काही कॉपीराइट समस्या असल्यास, कृपया हटवण्यासाठी वेळेत आमच्याशी संपर्क साधा.

आमची चौकशी करा