1. Fundamentalna kemija in kristalografska zasnova borovega karbida
1.1 Molekularna sestava in strukturna kompleksnost
(Keramika iz borovega karbida)
Borov karbid (B ŠTIRI C) velja za enega najbolj zanimivih in tehnološko ključnih keramičnih materialov zaradi svoje edinstvene kombinacije visoke trdnosti, nizka debelina, in izjemno sposobnost absorpcije nevtronov.
Kemično, je nestehiometrična snov, sestavljena predvsem iz atomov bora in ogljika, z idealizirano formulo B ₄ C, čeprav se njegova dejanska sestava lahko spreminja od B ₄ C do B 10. PET C, odraža veliko raznolikost homogenosti, ki jo urejajo alternativni sistemi znotraj njene kompleksne kristalne mreže.
Kristalno ogrodje borovega karbida izhaja iz romboedričnega sistema (space team R3̄m), identificira s tridimenzionalno mrežo 12-atomskih ikozaedrov– zbirke atomov bora– povezani z neposrednimi verigami C-B-C ali C-C vzdolž trigonalne osi.
Ti ikozaedri, vsak sestavljen iz 11 atomi bora in 1 ogljikov atom (B ₁₁ C), so kovalentno vezani z izjemno močnim B– B, B– C, in C– C obveznice, kar prispeva k njegovi impresivni mehanski trdnosti in toplotni varnosti.
Vidnost teh poliedrskih enot in intersticijskih verig uvaja arhitekturno anizotropijo in intrinzične težave, ki vplivajo tako na mehanske navade kot na digitalne domove izdelka.
Za razliko od lažjih porcelanov, kot sta aluminijev oksid ali silicijev karbid, atomska arhitektura borovega karbida omogoča precejšnjo konfiguracijsko prilagodljivost, kar omogoča nastanek napak in kroženje honorarjev, ki vplivajo na njegovo delovanje pod stresom, tesnobo in obsevanjem.
1.2 Fizična in elektronska bivališča, ki nastanejo zaradi atomske vezi
Mreža kovalentnih vezi v borovem karbidu vodi do ene najvišjih možnih priznanih vrednosti trdote med sintetičnimi materiali– takoj za rubinom in kubičnim borovim nitridom– običajno v razponu od 30 do 38 Povprečna ocena na območju trdnosti po Vickersu.
Njegova debelina je izjemno zmanjšana (~ 2.52 g/cm ŠEST), ustvarjanje okoli 30% lažji od aluminijevega oksida in skoraj 70% lažji od jekla, ključna prednost pri aplikacijah, ki so občutljive na težo, kot so posamezni ščiti in letalski deli.
Borov karbid kaže izjemno kemično inertnost, prenese udarce z veliko kislinami in antacidi pri temperaturi prostora, čeprav lahko oksidira čez 450 ° C v zraku, ustvarjanje borovega oksida (B ₂ O ŠEST) in co2, kar bi lahko ogrozilo strukturno poštenost v visokotemperaturnih oksidativnih okoljih.
Ima široko pasovno vrzel (~ 2.1 eV), kategorizacijo kot polprevodnik s potencialnimi aplikacijami v visokotemperaturni elektroniki in detektorjih sevanja.
Nadalje, zaradi visokega Seebeckovega koeficienta in zmanjšane toplotne prevodnosti je kandidat za termoelektrično pretvorbo energije, zlasti v težkih okoljih, kjer tradicionalni materiali ne uspejo.
(Keramika iz borovega karbida)
Izdelek poleg tega kaže fenomenalno absorpcijo nevtronov zaradi visokega preseka zajetja nevtronov izotopa ¹⁰ B (približno 3837 hlevi za toplotne nevtrone), zaradi česar je nepogrešljiv v krmilnih palicah jedrskega reaktorja, varovanje, in vloženi prostorski sistemi za skladiščenje plina.
2. Sinteza, Ravnanje, in ovire pri zgoščevanju
2.1 Industrijska proizvodnja in metode gradnje prahu
Borov karbid v veliki meri nastane z visokotemperaturnim karbotermalnim zmanjšanjem borove kisline (H ₃ BO ₃) ali borov oksid (B ₂ O PET) z viri ogljika, kot sta naftni koks ali oglje v električnih obločnih grelnikih, ki tečejo 2000 ° C.
Odgovor poteka kot: 2B DVA O DVA + 7C → B ŠTIRI C + 6CO, ustvarjanje grobih, oglati prahovi, ki potrebujejo precejšnje mletje, da dosežejo submikronske velikosti fragmentov, primerne za ravnanje s keramiko.
Alternativne poti sinteze vključujejo samorazmnoževalno visokotemperaturno sintezo (SHS), lasersko inducirano kemično nanašanje iz pare (KVB), in tehnike s pomočjo plazme, ki uporabljajo boljši nadzor nad stehiometrijo in morfologijo fragmentov, vendar so manj razširljivi za industrijsko uporabo.
Zaradi hude trdnosti, mletje borovega karbida v odlične prahove je energetsko intenzivno in občutljivo na kontaminacijo iz medija za rešetke, zahtevna uporaba mlinčkov, obloženih z borovim karbidom, ali polimernih pripomočkov za mletje za ohranjanje čistosti.
Nastale praške je treba skrbno identificirati in deaglomerirati, da se zagotovi enotno pakiranje in zanesljivo sintranje.
2.2 Omejitve sintranja in napredni kombinirani pristopi
Pomembna težava pri gradnji keramike iz borovega karbida je njegova narava kovalentne vezi in nizek koeficient samodifuzije, ki močno omejujejo zgoščevanje med standardnim breztlačnim sintranjem.
Tudi pri temperaturah, ki se približujejo 2200 ° C, breztlačno sintranje na splošno proizvaja porcelan z 80– 90% akademske debeline, pusti preostalo poroznost, ki poslabša mehansko vzdržljivost in balistično zmogljivost.
Da bi osvojil to, napredne tehnike zgoščevanja, kot je vroče potiskanje (HP) in vroče izostatično potiskanje (HIP) se uporabljajo.
Vroče potiskanje povzroči enoosno obremenitev (navadno 30– 50 MPa) pri vmesnih temperaturah 2100 ° C in 2300 ° C, spodbujanje prerazporeditve fragmentov in plastične deformacije, omogoča prekoračitev debeline 95%.
HIP še dodatno izboljša zgoščevanje z uporabo izostatičnega tlaka plina (100– 200 MPa) po inkapsulaciji, odpravljanje zaprtih por in doseganje skoraj polne gostote z izboljšano odpornostjo proti razpokam.
Dodatki, kot je ogljik, silicij, ali premikanje kovinskih boridov (npr., TiB DVA, CrB DVA) se včasih dodajajo v majhnih količinah, da povečajo sintranje in zavirajo rast zrn, čeprav lahko nekoliko zmanjšajo trdnost ali učinkovitost absorpcije nevtronov.
Kljub tem prebojem, šibkost meja zrn in notranja krhkost sta še naprej neizprosna izziva, še posebej v pogojih živahne obremenitve.
3. Mehanska dejanja in zmogljivost pri ekstremnih obremenitvah
3.1 Sistemi balistične odpornosti in odpovedi
Borov karbid je splošno priznan kot vrhunski material za lahko balistično zaščito v neprebojnih jopičih, oplata avtomobila, in zaščito letala.
Njegova visoka trdnost mu omogoča pravilno obrabo in deformacijo prihajajočih izstrelkov, kot so oklepne krogle in kosi, razpršitev kinetične moči prek sistemov, sestavljenih iz razpok, mikrorazpoke, in lokalna sprememba stopnje.
Kljub temu, borov karbid prikazuje pojav, imenovan “amorfizacija pod udarcem,” kjer, pod vplivom visoke hitrosti (ponavadi > 1.8 km/s), kristalna struktura razpade prav v neurejeno, amorfna faza, ki nima nosilnosti, kar je povzročilo tragičen neuspeh.
Ta tlačno povzročena amorfizacija, opažene z in situ rentgensko difrakcijo in študijami TEM, se pripisuje razpadu ikozaedrskih sistemov in verig C-B-C pod ekstremno strižno napetostjo.
Prizadevanja za ublažitev tega obsegajo izboljšanje žita, sestavljen slog (npr., B ŠTIRI C-SiC), in pokrivanje površine z upogljivimi jekli za odložitev proliferacije zlomov in razdrobljenosti.
3.2 Odpornost proti obrabi in industrijske aplikacije
Pretekla obramba, Zaradi odpornosti proti obrabi je borov karbid idealen za komercialne namene, vključno s hudo obrabo, kot so šobe za peskanje, konice za rezanje z vodnim curkom, in brusni mediji.
Njegova trdnost bistveno presega trdnost volframovega karbida in aluminijevega oksida, kar vodi do podaljšane življenjske dobe in zmanjšanih stroškov vzdrževanja v visoko zmogljivih proizvodnih atmosferah.
Elementi iz borovega karbida lahko delujejo pod visokotlačnimi abrazivnimi tokovi brez hitrega uničenja, čeprav je potrebna previdnost, da preprečimo toplotni šok in natezne napetosti med postopkom.
Njegova uporaba v jedrskih okoljih poleg tega doseže komponente, odporne proti obrabi, v sistemih za ravnanje s plinom, kjer sta potrebni mehanska trdnost in absorpcija nevtronov.
4. Strateške aplikacije v jedrski industriji, Aerospace, in nastajajoče tehnologije
4.1 Rešitve za absorpcijo nevtronov in zaščito pred sevanjem
Ena najpomembnejših nevojaških uporab borovega karbida ostaja atomska energija, kjer služi kot izdelek, ki absorbira nevtrone v kontrolnih polih, zapiralne pelete, in strukture za zaščito pred sevanjem.
Zaradi velikega bogastva izotopa ¹⁰ B (običajno ~ 20%, vendar se lahko obogati do > 90%), borov karbid učinkovito lovi toplotne nevtrone preko ¹⁰ B(n, a)odgovor sedem Li, ustvarjanje alfa fragmentov in litijevih ionov, ki se zlahka zadržijo v izdelku.
Ta reakcija je neradioaktivna in ustvarja zelo malo dolgoživih stranskih produktov, zaradi česar je borov karbid veliko varnejši in veliko stabilnejši od alternativ, kot sta kadmij ali hafnij.
Uporablja se v vodnih aktivatorjih pod pritiskom (PWR), reaktorji z vrelo vodo (BWR), in raziskovalni aktivatorji, običajno v obliki sintranih peletov, oblečene cevi, ali kompozitne plošče.
Njegova stabilnost pri obsevanju z nevtroni in zmožnost vzdrževanja produktov cepitve izboljšuje varnost in zaščito aktivatorja ter dolgo življenjsko dobo.
4.2 Aerospace, Termoelektriki, in prihodnje materialne meje
V letalstvu, odkrivajo borov karbid za uporabo v hiperzvočnih sprednjih stranicah avtomobilov, kjer ima visok faktor taljenja (~ 2450 ° C), zmanjšana debelina, in odpornost na toplotni udar nudita prednosti pred kovinskimi zlitinami.
Njegov potencial v termoelektričnih napravah izhaja iz visokega Seebeckovega koeficienta in zmanjšane toplotne prevodnosti., omogoča neposredno pretvorbo odpadne toplote v električno energijo v hudih atmosferah, kot so sonde za globoko vesolje ali sistemi na jedrski pogon.
V teku je tudi študija za vzpostavitev kompozitov na osnovi borovega karbida z ogljikovimi nanocevkami ali grafenom za izboljšanje žilavosti in električne prevodnosti za večnamensko arhitekturno elektroniko.
Nadalje, njegove polprevodniške zgradbe se uporabljajo v zaznavnih enotah in detektorjih, utrjenih zaradi sevanja, za območne in jedrske aplikacije.
V povzetku, porcelani iz borovega karbida predstavljajo temeljni material na stičišču izjemne mehanske učinkovitosti, jedrska zasnova, in napredovala proizvodnja.
Njegova edinstvena mešanica ultra visoke trdnosti, zmanjšana debelina, zaradi sposobnosti absorpcije nevtronov je nenadomestljiv v sodobnih obrambnih in jedrskih tehnologijah, medtem ko stalne raziskave ostajajo, da razširijo svojo energijo prav v vesolje, pretvorbo energije, in spojine naslednje generacije.
Ko se strategije rafiniranja povečujejo, se pojavljajo nove kompozitne zasnove, borov karbid bo zagotovo ostal vodilni na področju inovacij materialov za najzahtevnejše tehnološke ovire.
5. Distributer
Advanced Ceramics ustanovljeno oktobra 17, 2012, je visokotehnološko podjetje, zavezano raziskavam in razvoju, proizvodnja, predelava, prodaja in tehnične storitve keramičnih sorodnih materialov in izdelkov. Naši izdelki vključujejo keramične izdelke iz borovega karbida, vendar niso omejeni nanje, Keramični izdelki iz borovega nitrida, Keramični izdelki iz silicijevega karbida, Keramični izdelki iz silicijevega nitrida, Keramični izdelki iz cirkonijevega dioksida, itd. Če te zanima, vas prosimo, da nas kontaktirate.([email protected])
Oznake: Borov karbid, Borova keramika, Keramika iz borovega karbida
Vsi članki in slike so iz interneta. Če obstajajo težave z avtorskimi pravicami, za brisanje nas pravočasno kontaktirajte.
Povprašajte nas