1. Фундаментальная химия и кристаллографический дизайн карбида бора
1.1 Молекулярный состав и структурная сложность
(Керамика из карбида бора)
Карбид бора (Б ЧЕТЫРЕ С) считается одним из самых интересных и технологически важных керамических материалов благодаря уникальному сочетанию высокой прочности., малая толщина, и исключительная способность поглощения нейтронов.
Химически, это нестехиометрическое вещество, состоящее в основном из атомов бора и углерода., с идеализированной формулой B ₄ C, хотя его реальный состав может варьироваться от B ₄ C до B ₁₀. ПЯТЬ С, отражающее большое разнообразие гомогенности, управляемое альтернативными системами внутри его сложной кристаллической решетки..
Кристаллический каркас карбида бора имеет ромбоэдрическую систему. (космическая команда R3̄m), идентифицируется трехмерной сетью икосаэдров из 12 атомов– скопления атомов бора– связаны прямыми цепями CBC или CC вдоль тригональной оси.
Эти икосаэдры, каждый из которых состоит из 11 атомы бора и 1 атом углерода (Б ₁₁ С), ковалентно связаны с чрезвычайно прочным B– Б, Б– С, и С– С-облигации, что способствует его впечатляющей механической прочности и термической безопасности..
Видимость этих многогранных единиц и межузельных цепочек приводит к архитектурной анизотропии и внутренним проблемам., которые влияют как на механические привычки, так и на цифровые свойства продукта.
В отличие от более простых фарфоров, таких как оксид алюминия или карбид кремния., Атомная архитектура карбида бора обеспечивает значительную конфигурационную гибкость, делая возможным образование дефектов и циркуляцию платы, которые влияют на его работу в условиях стресса, тревоги и облучения.
1.2 Физические и электронные резиденции, возникающие в результате атомной связи
Сеть ковалентных связей в карбиде бора обеспечивает один из самых высоких признанных показателей твердости среди синтетических материалов.– уступает только рубину и кубическому нитриду бора– обычно варьируется от 30 к 38 Средний балл по шкале твердости по Виккерсу.
Его толщина значительно уменьшена. (~ 2.52 г/см ШЕСТЬ), сделать это вокруг 30% легче оксида алюминия и почти 70% легче стали, решающее преимущество в приложениях, чувствительных к весу, таких как отдельные экраны и детали аэрокосмической промышленности..
Карбид бора обладает исключительной химической инертностью., выдерживает воздействие большого количества кислот и антацидов на уровне космической температуры, хотя он может окислиться 450 °С в воздухе, создание оксида бора (Б ₂ О ШЕСТЬ) и СО2, что может поставить под угрозу структурную честность в высокотемпературных окислительных условиях..
Имеет широкую запрещенную зону (~ 2.1 эВ), отнесение его к полупроводникам с потенциальным применением в высокотемпературной электронике и детекторах радиации..
Более того, его высокий коэффициент Зеебека и пониженная теплопроводность делают его кандидатом для термоэлектрического преобразования энергии., особенно в суровых условиях, где традиционные материалы не работают.
(Керамика из карбида бора)
Продукт также демонстрирует феноменальное поглощение нейтронов благодаря высокому сечению захвата нейтронов изотопа ¹⁰ B. (о 3837 амбары для тепловых нейтронов), что делает его незаменимым в стержнях управления ядерными реакторами, защита, и инвестированы в системы хранения газа.
2. Синтез, Умение обращаться, и препятствия на пути уплотнения
2.1 Промышленное производство и методы порошкового строительства
Карбид бора в основном создается при высокотемпературном карботермическом восстановлении борной кислоты. (Ч ₃ БО ₃) или оксид бора (Б ₂ О ПЯТЬ) с углеродными ресурсами, такими как нефтяной кокс или древесный уголь, в электродуговых нагревателях, проходящих через 2000 °С.
Реакция происходит как: 2Б ДВА О ДВА + 7С → Б ЧЕТЫРЕ С + 6СО, генерация грубого, угловатые порошки, которые требуют значительного измельчения для получения фрагментов субмикронного размера, подходящих для обработки керамики.
Альтернативные пути синтеза включают самораспространяющийся высокотемпературный синтез. (СВС), лазерно-индуцированное химическое осаждение из паровой фазы (ССЗ), и плазменные методы, которые используют лучший контроль над стехиометрией и морфологией фрагментов, но менее масштабируемы для промышленного использования..
Благодаря своей серьезной прочности, измельчение карбида бора до получения крупных порошков является энергоемким и уязвимым для загрязнения решетчатыми материалами., требует использования мельниц с футеровкой из карбида бора или полимерных вспомогательных средств для измельчения для поддержания чистоты.
Полученные порошки необходимо тщательно идентифицировать и деагломерировать, чтобы гарантировать равномерную упаковку и надежное спекание..
2.2 Ограничения спекания и передовые комбинированные подходы
Существенной трудностью в конструкции керамики из карбида бора является ее ковалентный характер связи и низкий коэффициент самодиффузии., которые серьезно ограничивают уплотнение во время стандартного спекания без давления.
Также при температуре, приближающейся 2200 °С, спекание без давления обычно позволяет получить фарфор с температурой 80– 90% академической толщины, оставляя остаточную пористость, которая ухудшает механическую выносливость и баллистические характеристики.
Чтобы победить это, прогрессивные методы уплотнения, такие как горячее прессование (HP) и горячие изостатические потуги (БЕДРО) используются.
Горячее нажатие вызывает одноосное напряжение. (обычно 30– 50 МПа) при температуре между 2100 °С и 2300 °С, способствуя перестройке фрагментов и пластической деформации, допускающая толщину, превышающую 95%.
HIP еще больше улучшает уплотнение за счет применения изостатического давления газа. (100– 200 МПа) после инкапсуляции, устранение закрытых пор и достижение почти полной плотности с улучшенной трещиностойкостью.
Добавки, такие как углерод, кремний, или сдвиг боридов металлов (например, ТиБ ДВА, КрБ ДВА) иногда вводятся в небольших количествах для повышения спекаемости и замедления роста зерна., хотя они могут немного минимизировать прочность или эффективность поглощения нейтронов.
Несмотря на эти прорывы, слабость границ зерен и внутренняя хрупкость продолжают оставаться постоянными проблемами, особенно в условиях динамичной нагрузки.
3. Механические действия и производительность в условиях экстремальных нагрузок
3.1 Системы баллистической устойчивости и отказов
Карбид бора широко известен как лучший материал для легкой баллистической защиты бронежилетов., обшивка автомобиля, и экранирование самолета.
Его высокая твердость позволяет ему правильно разрушать и деформировать летящие снаряды, такие как бронебойные пули и осколки., рассеивание кинетической энергии через системы, состоящие из трещин, микротрещины, и местная смена сцены.
Тем не менее, Карбид бора демонстрирует явление, называемое “аморфизация при шоке,” где, при высокоскоростном ударе (обычно > 1.8 км/с), кристаллическая структура распадается на беспорядочную, аморфная фаза, не обладающая несущей способностью, что привело к трагическому провалу.
Эта аморфизация, вызванная давлением, наблюдалось с помощью рентгеновской дифракции in-situ и исследований TEM, объясняется разрушением икосаэдрических систем и цепей CBC при экстремальных напряжениях сдвига..
Усилия по смягчению этого заключаются в улучшении зерна., композитный стиль (например, B ЧЕТЫРЕ C-SiC), и покрытие поверхности гибкой сталью для замедления распространения трещин и предотвращения фрагментации..
3.2 Износостойкость и промышленное применение
Прошлая защита, Устойчивость карбида бора к истиранию делает его идеальным для коммерческого применения, включая сильный износ, например, пескоструйные сопла, советы по гидроабразивной резке, и мелющие тела.
Его прочность существенно превосходит прочность карбида вольфрама и оксида алюминия., что приводит к увеличению срока службы и минимизации затрат на техническое обслуживание в условиях высокопроизводительного производства..
Элементы из карбида бора могут работать в условиях абразивных потоков высокого давления без быстрого разрушения., хотя необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить термический шок и растягивающие напряжения во время процедуры..
Его использование в ядерных установках дополнительно позволяет достичь износостойких компонентов в системах обработки газов., где требуются как механическая прочность, так и поглощение нейтронов.
4. Стратегические применения в ядерной сфере, Аэрокосмическая промышленность, и новые технологии
4.1 Решения по поглощению нейтронов и радиационной защите
Одним из важнейших невоенных применений карбида бора остается атомная энергетика., где он служит продуктом, поглощающим нейтроны, в опорах управления., закрывающие гранулы, и радиационно-защитные конструкции.
Из-за высокого богатства изотопа ¹⁰ B (обычно ~ 20%, однако может быть обогащен до > 90%), карбид бора эффективно улавливает тепловые нейтроны через ¹⁰ B(н, а)семь ли ответ, создание альфа-фрагментов и ионов лития, которые легко удерживаются внутри продукта.
Эта реакция нерадиоактивна и генерирует очень мало долгоживущих побочных продуктов., делая карбид бора намного безопаснее и стабильнее, чем его альтернативы, такие как кадмий или гафний..
Используется в активаторах воды под давлением. (PWR), реакторы с кипящей водой (реакторы BWR), и активаторы исследований, обычно в виде спеченных гранул, одетые трубы, или композитные панели.
Его стабильность при нейтронном облучении и способность сохранять продукты деления повышают безопасность и надежность активатора, а также увеличивают срок его эксплуатации..
4.2 Аэрокосмическая промышленность, Термоэлектрики, и будущие материальные границы
В аэрокосмической отрасли, Карбид бора обнаруживается для использования в передних сторонах гиперзвуковых автомобилей, где его высокий коэффициент плавления (~ 2450 °С), уменьшенная толщина, и термостойкость дают преимущества перед металлическими сплавами..
Его потенциал в термоэлектрических устройствах обусловлен высоким коэффициентом Зеебека и пониженной теплопроводностью., обеспечение прямого преобразования отработанного тепла в электрическую энергию в суровых атмосферах, таких как зонды дальнего космоса или системы с ядерной энергией..
Также проводятся исследования по созданию композитов на основе карбида бора с углеродными нанотрубками или графеном для повышения прочности и электропроводности для многофункциональной архитектурной электроники..
Более того, ее полупроводниковые здания используются в радиационно-стойких сенсорных блоках и детекторах для зональных и ядерных применений..
Вкратце, Фарфор из карбида бора представляет собой основной материал, сочетающий в себе исключительную механическую эффективность., ядерный дизайн, и прогрессивное производство.
Это уникальное сочетание сверхвысокой прочности., уменьшенная толщина, а способность поглощать нейтроны делает его незаменимым в оборонных и ядерных современных технологиях., в то время как непрерывные исследования продолжают расширять свою деятельность вплоть до аэрокосмической отрасли., преобразование энергии, и соединения нового поколения.
По мере развития стратегий нефтепереработки и появления новых конструкций композитов, Карбид бора, безусловно, останется в авангарде инновационных материалов для решения наиболее сложных технологических задач..
5. Распределитель
Компания Advanced Ceramics основана в октябре. 17, 2012, это высокотехнологичное предприятие, занимающееся исследованиями и разработками, производство, обработка, продажа и техническое обслуживание керамических материалов и изделий. Наша продукция включает, помимо прочего, керамические изделия из карбида бора., Керамические изделия из нитрида бора, Керамические изделия из карбида кремния, Керамические изделия из нитрида кремния, Керамические изделия из диоксида циркония, и т. д.. Если вам интересно, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.([email protected])
Теги: Карбид Бора, Боровая керамика, Керамика из карбида бора
Все статьи и фотографии взяты из Интернета.. Если есть какие-либо проблемы с авторскими правами, пожалуйста, свяжитесь с нами вовремя, чтобы удалить.
Запросите нас