1. Фундаментална хемија и кристалографски дизајн боровог карбида
1.1 Молекуларни састав и структурна сложеност
(Керамика од боровог карбида)
Бор карбид (Б ЧЕТИРИ Ц) стоји као један од најинтригантнијих и технолошки најважнијих керамичких материјала због своје јединствене комбинације јаке чврстоће, мала дебљина, и изузетну способност апсорпције неутрона.
Хемијски, то је нестехиометријска супстанца првенствено састављена од атома бора и угљеника, са идеализованом формулом Б ₄ Ц, иако његов стварни састав може да варира од Б ₄ Ц до Б ₁₀. ПЕТ Ц, одражавајући велику разноликост хомогености којом управљају алтернативни системи унутар своје сложене кристалне решетке.
Кристални оквир бор карбида потиче из ромбоедарског система (свемирски тим Р3м), идентификован тродимензионалном мрежом икосаедра од 12 атома– збирке атома бора– повезани директним Ц-Б-Ц или Ц-Ц ланцима дуж тригоналне осе.
Ови икосаедри, сваки који се састоји од 11 атоми бора и 1 атом угљеника (Б ₁₁ Ц), су ковалентно повезани са изузетно јаким Б– Б, Б– Ц, и Ц– Ц обвезнице, доприносећи његовој импресивној механичкој снази и топлотној сигурности.
Видљивост ових полиедарских јединица и интерстицијалних ланаца уводи архитектонску анизотропију и унутрашње проблеме, који утичу и на механичке навике и на дигиталне домове производа.
За разлику од лакших порцелана као што су глиница или силицијум карбид, Атомска архитектура бор карбида омогућава значајну конфигурациону флексибилност, омогућавајући формирање дефеката и циркулацију накнаде који утичу на његов учинак под стресом и анксиозношћу и зрачењем.
1.2 Физичка и електронска пребивалишта која настају услед атомског везивања
Ковалентна мрежа везивања у карбиду бора доводи до једне од највећих могућих признатих вредности тврдоће међу синтетичким материјалима– други само рубин и кубни бор нитрид– обично у распону од 30 да 38 Просек оцена на Викерсовом опсегу чврстоће.
Његова дебљина је изузетно смањена (~ 2.52 г/цм ШЕСТ), правећи га около 30% лакши од глинице и скоро 70% лакши од челика, кључна предност у апликацијама осетљивим на тежину као што су појединачни штитови и делови за ваздухопловство.
Бор карбид показује изузетну хемијску инертност, издржати удар великог броја киселина и антацида на нивоу температуре у свемиру, иако може да оксидира преко 450 ° Ц у ваздуху, стварање борног оксида (Б ₂ О ШЕСТ) и цо2, што би могло угрозити структурну искреност у оксидативним окружењима на високим температурама.
Има широк појас (~ 2.1 еВ), категоришући га као полупроводник са потенцијалном применом у високотемпературној електроници и детекторима зрачења.
Надаље, његов високи Зебеков коефицијент и смањена топлотна проводљивост чине га кандидатом за термоелектричну конверзију енергије, посебно у тешким окружењима где традиционални материјали не успевају.
(Керамика од боровог карбида)
Производ додатно показује феноменалну апсорпцију неутрона због великог попречног пресека хватања неутрона изотопа ¹⁰ Б (о 3837 штале за термалне неутроне), што га чини неопходним у контролним шипкама нуклеарног реактора, штитећи, и уложени системи складишта гаса.
2. Синтеза, Руковање, и Препреке у згушњавању
2.1 Индустријска производња и методе прашкасте конструкције
Бор карбид се углавном ствара карботермалним смањењем борне киселине на високим температурама (Х ₃ БО ₃) или бор оксид (Б ₂ О ПЕТ) са ресурсима угљеника као што су петролејски кокс или дрвени угаљ у електричним лучним грејачима 2000 ° Ц.
Одговор се наставља као: 2Б ДВА О ДВА + 7В → Б ЧЕТИРИ В + 6ЦО, генерисање грубих, угаони прах којима је потребно знатно млевење да би се постигле субмикронске величине фрагмената прикладних за руковање керамиком.
Алтернативни путеви синтезе укључују синтезу на високим температурама која се сама шири (СХС), ласерски индуковано хемијско таложење паре (ЦВД), и технике уз помоћ плазме, који користе бољу контролу над стехиометријом и морфологијом фрагмената, али су мање скалабилни за индустријску употребу.
Због своје тешке чврстоће, млевење бор карбида право у велике прахове је енергетски интензивно и подложно је контаминацији из медија за резање, захтевају употребу млинова обложених бор-карбидом или полимерних помоћних средстава за млевење за одржавање чистоће.
Добијени прах треба пажљиво идентификовати и деагломерирати како би се гарантовало уједначено паковање и поуздано синтеровање.
2.2 Ограничења синтеровања и напредни комбиновани приступи
Значајна потешкоћа у конструкцији керамике од бор карбида је њена ковалентна природа везивања и низак коефицијент самодифузије, који озбиљно ограничавају згушњавање током стандардног синтеровања без притиска.
Такође на температурама које се приближавају 2200 ° Ц, синтеровањем без притиска генерално се добијају порцелани са 80– 90% академске дебљине, остављајући заосталу порозност која деградира механичку издржљивост и балистичке перформансе.
Да освоји ово, напредне технике згушњавања као што је вруће гурање (ХП) и вруће изостатичко потискивање (ХИП) се користе.
Вруће гурање примењује једноосно напрезање (обично 30– 50 МПа) на температурама између 2100 ° Ц и 2300 ° Ц, промовишући преуређење фрагмената и пластичну деформацију, дозвољавајући прекорачење дебљине 95%.
ХИП још више побољшава згушњавање применом изостатског притиска гаса (100– 200 МПа) након инкапсулације, елиминисање затворених пора и постизање скоро пуне густине са побољшаном жилавошћу на пукотине.
Адитиви као што је угљеник, силицијум, или смењују металне бориде (нпр., ТиБ ТВО, ЦрБ ТВО) понекад се уносе у малим количинама да би се повећала способност синтеровања и спречио раст зрна, иако могу мало да минимизирају чврстоћу или ефикасност апсорпције неутрона.
Упркос овим продорима, слабост границе зрна и интринзична крхкост и даље су немилосрдни изазови, посебно у условима живог оптерећења.
3. Механичка дејства и перформансе под екстремним условима оптерећења
3.1 Балистички отпор и системи за отказивање
Бор карбид је широко признат као врхунски материјал за лагану балистичку заштиту у оклопима, оплата аутомобила, и штит од авиона.
Његова висока чврстоћа омогућава му да правилно поквари и искриви долазеће пројектиле као што су оклопни меци и комади, расипање кинетичке снаге преко система који се састоје од пукотине, микропукотине, и локалне сценске промене.
Ипак, бор карбид приказује феномен тзв “аморфизација под шоком,” где, под ударом велике брзине (обично > 1.8 км/с), кристална структура се распада право у неуређену, аморфна фаза која нема носивост, што је резултирало трагичним неуспехом.
Ова аморфизација изазвана притиском, посматрано ин ситу дифракцијом рендгенских зрака и ТЕМ студијама, приписује се распаду икосаедарских система и Ц-Б-Ц ланаца под екстремним смичним напоном.
Напори да се ово ублажи састоје се од побољшања зрна, композитни стил (нпр., Б ЧЕТИРИ Ц-СиЦ), и покривање површине савитљивим челиком да одложи пролиферацију лома и има фрагментацију.
3.2 Отпорност на хабање и индустријске примене
Прошла одбрана, Отпорност бор карбида на абразију чини га идеалним за комерцијалне примене укључујући тешко хабање, као што су млазнице за пескарење, врхови за сечење воденим млазом, и средства за млевење.
Његова чврстоћа знатно надмашује волфрам карбид и глиницу, што доводи до продуженог животног века и минимизирања трошкова одржавања у производним атмосферама високе пропусности.
Елементи направљени од карбида бора могу да раде под високим притиском абразивних токова без брзог уништавања, иако се мора водити рачуна да се спречи термички удар и затезна напрезања током поступка.
Његова употреба у нуклеарним окружењима додатно достиже компоненте отпорне на хабање у системима за руковање гасом, где су потребне механичка чврстоћа и апсорпција неутрона.
4. Стратешке примене у нуклеарном сектору, Ваздухопловство, и Емергинг Тецхнологиес
4.1 Решења за апсорпцију неутрона и заштиту од зрачења
Међу једном од најважнијих невојних примена бор карбида остаје у атомској енергији, где служи као производ који апсорбује неутроне у контролним половима, пелете за затварање, и структуре за заштиту од зрачења.
Због великог богатства изотопа ¹⁰ Б (нормално ~ 20%, међутим може се обогатити на > 90%), бор карбид ефикасно хвата топлотне неутроне преко ¹⁰ Б(н, а)седам Ли одговор, стварање алфа фрагмената и литијум јона који се лако налазе у производу.
Ова реакција је нерадиоактивна и ствара врло мало дуготрајних нуспроизвода, чинећи бор карбид много сигурнијим и много стабилнијим од алтернатива као што су кадмијум или хафнијум.
Користи се у активаторима воде под притиском (ПВРс), реактори са кључалом водом (БВРс), и истраживачки активатори, типично у облику синтерованих пелета, обучене цеви, или композитне плоче.
Његова стабилност под неутронским зрачењем и способност одржавања фисионих продуката побољшавају сигурност и сигурност активатора и дуг радни век.
4.2 Ваздухопловство, Термоелектрика, и будуће материјалне границе
У ваздухопловству, Бор карбид је откривен за употребу у хиперсоничним бочним странама аутомобила, где је његов висок фактор топљења (~ 2450 ° Ц), смањена дебљина, и отпорност на термички удар нуде предности у односу на металне легуре.
Његов потенцијал у термоелектричним уређајима потиче од високог Сеебецк коефицијента и смањене топлотне проводљивости, омогућава директну конверзију отпадне топлоте у електричну енергију у тешким атмосферама као што су сонде дубоког свемира или системи на нуклеарни погон.
Такође је у току студија за успостављање композита на бази бор карбида са угљеничним наноцевима или графеном како би се побољшала жилавост и електрична проводљивост за мултифункционалну архитектонску електронику.
Надаље, његове полупроводничке зграде се користе у сензорским јединицама и детекторима отпорним на зрачење за подручја и нуклеарне апликације.
Ин рецап, порцелани од бор карбида представљају темељни материјал на споју екстремне механичке ефикасности, нуклеарни дизајн, и напредовала производња.
Његова јединствена мешавина ултра високе чврстоће, смањена дебљина, а способност апсорпције неутрона чини га незаменљивим у одбрамбеним и нуклеарним модерним технологијама, док континуирано истраживање остаје да прошири своју енергију право на ваздухопловство, конверзија енергије, и једињења следеће генерације.
Како се унапређују стратегије прераде и појављују се нови композитни дизајни, бор карбид ће сигурно остати на врхунцу иновација материјала за најзахтјевније технолошке препреке.
5. Дистрибутер
Адванцед Церамицс основан октобра 17, 2012, је високотехнолошко предузеће посвећено истраживању и развоју, производње, обрада, продаје и техничке услуге керамичких релативних материјала и производа. Наши производи укључују, али не ограничавајући се на керамичке производе од бор карбида, Керамички производи од бор нитрида, Керамички производи од силицијум карбида, Керамички производи од силицијум нитрида, Керамички производи од цирконијум диоксида, итд. Ако сте заинтересовани, слободно нас контактирајте.(нанотрун@иахоо.цом)
Ознаке: Бор карбид, Бор Керамика, Керамика од боровог карбида
Сви чланци и слике су са интернета. Ако постоје проблеми са ауторским правима, контактирајте нас на време да обришете.
Питајте нас