Керамики карбиди бор: Муаррифии тадқиқоти илмӣ, Хосиятҳо, ва татбиқи инқилобии маводи пешрафтаи ултра сахт
1. Муқаддима ба карбиди бор: Мавод дар ҳолати шадид
Карбиди бор (B ₄ C) яке аз маҳсулоти аҷибтарини сунъӣ мебошад, ки ба тадқиқоти илмии маҳсулоти муосир эътироф шудааст, бо чойгиршавии он дар байни сахттарин масолехи руи замин фарк мекунад, аз хисоби алмос ва нитриди бор мукааб зиёд шуд.
(Керамики карбиди бор)
Бори аввал дар асри 19 синтез карда шудааст, карбиди бор воқеан аз кунҷковии лабораторӣ ба як унсури муҳим дар системаҳои тарроҳии баландсифат табдил ёфтааст, инноватсияҳоро муҳофизат мекунанд, ва барномаҳои ҳастаӣ.
Комбинатсияи махсуси он устувории шадид, зичии кам, секцияи баланди азхудкунии нейтронхо, ва устувории истисноии кимиёвӣ онро дар муҳитҳое муҳим мегардонад, ки маводҳои стандартӣ кӯтоҳанд.
Ин мақола таҳқиқоти васеъ ва дастраси сафоли карбиди борро медиҳад, ба сохтори атомии он ғарқ мешавад, техникаи синтез, хосиятҳои механикӣ ва физикии истиқоматӣ ё тиҷоратӣ, ва гуногунии замимаҳои пешрафта, ки аз атрибутҳои ғайриоддии он истифода мебаранд.
Ҳадаф аз он иборат аст, ки фосила дар байни фаҳмиши клиникӣ ва татбиқи амалӣ, ба хонандагон маълумоти амиқ пешниҳод мекунад, фаҳмиши муташаккил дар бораи маҳз чӣ гуна ин маводи аҷиби сафолӣ технологияи муосирро ташаккул медиҳад.
2. Сохтори атом ва химияи асосй
2.1 Хусусиятҳои торҳои кристаллӣ ва пайвастшавӣ
Карбиди бор дар чаҳорчӯбаи ромбоэдрӣ кристалл мешавад (дастаи майдони R3m) бо як ҳуҷайраи дастгоҳи мураккаб, ки стехиометрияи тағирёбандаро ҷойгир мекунад, одатан аз B ₄ C то B ₁₀. ПАНЧ С.
Асоси асосии ин сохтор икосаэдраҳои 12-атомӣ мебошанд, ки асосан аз атомҳои бор иборатанд., linked by three-atom straight chains that extend the crystal latticework.
The icosahedra are highly steady clusters as a result of strong covalent bonding within the boron network, while the inter-icosahedral chains– typically containing C-B-C or B-B-B arrangements– play a crucial role in establishing the material’s mechanical and digital residential properties.
This special style leads to a product with a high degree of covalent bonding (бар 90%), which is straight in charge of its phenomenal solidity and thermal stability.
The visibility of carbon in the chain sites enhances architectural stability, yet inconsistencies from ideal stoichiometry can introduce flaws that influence mechanical efficiency and sinterability.
(Керамики карбиди бор)
2.2 Compositional Irregularity and Flaw Chemistry
Unlike several ceramics with taken care of stoichiometry, карбиди бор массиви васеи якхеларо нишон медихад, имкон медиҳад, ки тағироти назарраси таносуби бор ба карбон бидуни дахолат ба чаҳорчӯбаи умумии кристалл.
Ин мутобиқшавӣ имкон медиҳад, ки хосиятҳои мутобиқшуда барои барномаҳои мушаххас, гарчанде ки он дар якхелаи коркард ва самаранокӣ низ мушкилот пеш меорад.
Камбудиҳо ба монанди нарасидани карбон, кушодагии бор, ва таҳрифҳои икосаэдрӣ маъмуланд ва метавонанд ба сахтӣ таъсир расонанд, устувории тарқиш, ва гузаронандагии электр.
Масалан, ороишхои зери стохиометрй (бор бой аст) майл доранд, ки сахтии бештарро нишон диҳанд, аммо сахтии шикастан камтар аст, дар ҳоле ки вариантҳои аз карбон бой метавонанд синтератсияи беҳтарро аз ҳисоби сахтӣ нишон диҳанд.
Фаҳмидан ва танзими ин камбудиҳо дар таҳқиқоти пешрафтаи карбиди бор диққати муҳим аст, махсусан барои баланд бардоштани самаранокӣ дар барномаҳои сипар ва ҳастаӣ.
3. Усулҳои синтез ва коркард
3.1 Усулҳои асосии истеҳсолот
Хокаи карбиди бор асосан тавассути коҳиши карботермикии баланд ба вуҷуд меояд, тартибе, ки дар он кислотаи борӣ (H ₃ BO СЕ) ё оксиди бор (Б ДУ О ₃) бо захираҳои карбон ба монанди кокс ё ангишт дар печи камонҳои барқӣ ҷавоб дода мешавад.
Реакция мувофики талаб давом мекунад:
Б ДУ О ₃ + 7C → 2B ЧОР С + 6CO (газ)
Ин раванд дар сатҳҳои ҳарорат, ки берун аз он аст, рух медиҳад 2000 ° C, талаб мекунад, ки захираи бузурги энергия.
Хоми ҳосилшуда B FOUR C пас аз он коркард ва тоза карда мешавад, то аз карбон такроршаванда ва оксидҳои реаксиянашуда халос шавад..
Усулҳои алтернативӣ коҳиши магнезиотермикиро дар бар мегиранд, синтези лазерӣ, ва синтези камони плазма, ки назорати беҳтари ҳаҷм ва тозагии порчаҳоро таъмин мекунанд, аммо одатан бо истеҳсоли миқёси хурд ё мушаххас маҳдуд карда мешаванд.
3.2 Мушкилот дар зичсозӣ ва синтеризатсия
Яке аз душвориҳои муҳим дар истеҳсоли сафолии бор карбиди бор ба даст овардани зичии пурра аз ҳисоби пайванди мустаҳками ковалентии он ва коэффисиенти камшавии худдиффузия мебошад..
Синтеризатсияи анъанавии бидуни фишор аксар вақт ба сатҳи порозия дар боло оварда мерасонад 10%, устувории механикӣ ва самаранокии баллистикиро ба таври ҷиддӣ зери хатар мегузорад.
Барои галаба кардани ин, техникаи прогрессивии зич истифода бурда мешавад:
Пушидани гарм (HP): Истифодаи ҳамзамон гармиро талаб мекунад (одатан 2000– 2200 ° C )ва фишори яктарафа (20– 50 МПа) дар муҳити ғайрифаъол, тавлиди ғафсии қариб назариявӣ.
Пресскунии гарми изостатикӣ (ҲИП): Ҳарорати баланд ва фишори гази изотропиро истифода мебарад (100– 200 МПа), тоза кардани сӯрохиҳои дохилӣ ва баланд бардоштани устувории механикӣ.
Spark плазма синтеринг (SPS): Барои зуд гарм кардани компакти хока рости импулси мавҷударо истифода мебарад, имкон медињад, ки зичии дар сатњи пасти њарорат ва мўњлатњои хеле кўтоњтар, нигоҳ доштани сохтори донаҳои майда.
Иловаҳо ба монанди карбон, кремний, ё боридҳои металлии ивазшаванда аксар вақт барои мусоидат ба паҳншавии сарҳади ғалла ва баланд бардоштани синтератсия пешниҳод карда мешаванд, гарчанде ки онҳо бояд хеле бодиққат танзим карда шаванд, то аз мустаҳкамии таҳқиромез дур нашаванд.
4. Ҷойгоҳи механикӣ ва ҷисмонӣ
4.1 Устуворӣ ва муқовимат ба фарсудашавии истисноӣ
Карбиди бор бо сахтии Vickers машҳур аст, одатан аз 30 ба 35 Баҳои миёнаи баҳо, ҷойгир кардани он дар байни сахттарин маводи маълум.
Ин устувории шадид ба муқовимати таъсирбахш ба фарсудашавии абразивӣ табдил меёбад, B FOUR C-ро барои барномаҳо ба монанди соплоҳои регрезӣ аъло месозад, воситахои кам кардан, ва дар таҷҳизоти кӯҳӣ ва дилгиркунанда плитаҳо мепӯшанд.
Таҷҳизоти фарсуда дар карбиди бор дар муқоиса бо деформатсияи пластикӣ микрошиканӣ ва кашидани ғалларо дар бар мегирад., хусусияти чинии нозук.
Бо вучуди ин, устувории тарқишҳои пасти он (одатан 2.5– 3.5 МПа · м 1СТ / ДУ) онро ба вайрон кардани паҳншавӣ дар зери бори таъсир моил месозад, тарроҳии бодиққатро дар барномаҳои пурқувват талаб мекунад.
4.2 Зичии паст ва қувваи тафсилоти баланд
Бо зичии тақрибан 2.52 г/см СЕ, карбиди бор аз ҷумлаи сабуктарин сафолҳои меъморӣ мебошад, истифодаи фоидаи назаррас дар барномаҳои ҳассос вазн.
Ин зичии паст, бо тобоварии баланди фишурдашуда дохил карда шудааст (бар 4 GPa), боиси кувваи тафсилоти аҷоиб мегардад (таносуби қувват ба зичӣ), барои системаҳои кайҳонӣ ва муҳофизатӣ, ки коҳиши масса муҳим аст, муҳим аст.
Барои намуна, дар зиреҳҳои шахсӣ ва автомобилӣ, B FOUR C бехатарии олиро пешниҳод мекунад, ки ҳар як вазн ба пӯлод ё гилхок муқобил аст, сабуктар имкон медиҳад, хеле бештар системаҳои бехатарии мобилӣ.
4.3 Устувории ҳароратӣ ва кимиёвӣ
Карбиди бор устувории аълои гармиро нишон медиҳад, хонахои механикии худро ба кадри кифоя нигох медорад 1000 ° C дар муҳити ғайрифаъол.
Дар атрофи он нуқтаи обшавии баланд дорад 2450 ° C ва коэффисиенти пасти афзоиши гармӣ (~ 5.6 × 10 ⁻⁶/ К), ба муқовимати бузурги зарбаи гармӣ илова мекунад.
Аз чихати химиявй, он ба кислотаҳо хеле эмин аст (ба истиснои кислотаҳои оксидкунанда ба монанди HNO ₃) ва металлхои моеъ, онро барои истифода дар атмосфераи сахти химиявӣ ва нерӯгоҳҳои атомӣ мувофиқ мегардонад.
Аммо, оксидшавй хеле ба охир мерасад 500 ° C дар ҳаво, оксиди бор ва оксиди карбонро ба вуҷуд меорад, ки метавонад бо мурури замон ростқавлии рӯизаминиро вайрон кунад.
Қабатҳои муҳофизатӣ ё назорати муҳити зист аксар вақт дар мушкилоти оксидшавии ҳарорати баланд талаб карда мешаванд.
5. Барномаҳои махфӣ ва эффекти техникӣ
5.1 Ҳалли бехатарии баллистикӣ ва сипар
Карбиди бор аз сабаби омехтаи беҳамтои устувории он ва ғафсии камшуда як маводи кунҷӣ дар сипари сабуки муосир мебошад..
Он ба таври васеъ истифода бурда мешавад:
Плитаҳои сафолӣ барои зиреҳҳои бадан (Муҳофизати дараҷаи III ва IV).
Сипари мошин барои барномаҳои артиш ва полис.
Муҳофизати кабинаи ҳавопаймо ва чархбол.
Дар системаҳои сипари таркибӣ, Плитаҳои B ₄ C одатан аз ҷониби полимерҳои бо нах мустаҳкамшуда дастгирӣ карда мешаванд (масалан., Кевлар ё UHMWPE) ки энергияи боқимондаи кинетикиро пас аз шикастани қабати сафолӣ снарядро ғарқ кунад.
Сарфи назар аз устувории баланди он, Б ЧОР С Ухдадор шуда метавонад “аморфизатсия” дар зери таъсири суръати баланд, падидае, ки иҷрои онро дар муқобили хатарҳои хеле баланди энергетикӣ маҳдуд мекунад, ҳавасмандгардонии омӯзиши такрорӣ ба дигаргуниҳои таркибӣ ва сафолҳои гибридӣ.
5.2 Тарҳрезии ядроӣ ва азхудкунии нейтронҳо
Дар байни вазифаҳои муҳимтарини карбиди бор дар назорати реакторҳои ҳастаӣ ва системаҳои бехатарӣ ва амният боқӣ мемонад.
Аз сабаби буриши баланди нейтронӣ аз изотопи ¹⁰ B (3837 анборхо барои нейтронхои гармй), B FOUR C дар истифода бурда мешавад:
Асбобҳои назоратӣ барои реакторҳои оби фишоровар (PWRs) ва реакторхои оби ҷӯшон (BWRs).
Қисмҳои муҳофизаткунандаи нейтрон.
Системаҳои бастани ҳолати фавқулодда.
Қобилияти азхудкунии нейтронҳо бидуни варам ё нобудшавии назаррас дар зери шуоъҳо онро дар муҳити ҳастаӣ маҳсули мусоид месозад..
Бо вучуди ин, тавлиди гази гелий аз ¹⁰ B(н, а)⁷ Реаксияи Ли метавонад бо мурури замон фишори дохилӣ ва микрокрекингро ба вуҷуд орад, тарроҳии эҳтиёткорона ва пайгирӣ дар барномаҳои дарозмуддатро талаб мекунад.
5.3 Унсурҳои саноатӣ ва ба фарсудашавӣ тобовар
Гайр аз бозорхои мудофиа ва ядрой, карбиди бор дар барномаҳои саноатӣ истифодаи ҳамаҷониба пайдо мекунад, ки муқовимати шадид ба фарсудашавиро талаб мекунад:
Соплоҳо барои буридани дағалона ва қумрезӣ.
Лампаҳо барои насосҳо ва бастаҳо, ки бо шламҳои сахт кор мекунанд.
Кам кардани асбобхо барои махсулоти ранга.
Ноустувории кимиёвӣ ва устувории гармии он ба он имкон медиҳад, ки дар атмосфераи душманонаи коркарди кимиёвӣ, ки асбобҳои пӯлод бешубҳа зуд фарсуда мешаванд, боэътимод иҷро карда шаванд..
6. Дурнамои оянда ва сарҳадҳои омӯзиши тадқиқот
Ояндаи сафолҳои карбиди бор ба бартараф кардани маҳдудиятҳои дохилии он вобаста аст– устувории тарқишҳо ва муқовимат ба оксидшавӣ махсусан паст– бо услуби мураккаби пешрафта ва наноструктуризатсия.
Самтҳои тадқиқоти ҳозиразамон иборатанд аз:
Афзоиши B ₄ C-SiC, B ₄ C-TiB ₂, ва В ЧОР C-CNT (нанотубаи карбон) пайвастагиҳо барои баланд бардоштани қувват ва гузариши гармӣ.
Тағйир додани сатҳи рӯизаминӣ ва навовариҳо барои баланд бардоштани муқовимати оксидшавӣ.
Истеҳсоли иловагӣ (3D чоп) иншооти B ЧОР ќисмњои C бо истифода аз стратегияҳои jetting binder ва SPS.
Тавре ки маводи тадқиқоти илмӣ идома дорад, карбиди бор ҷойгир шудааст, ки дар навовариҳои насли оянда вазифаи боз ҳам беҳтар иҷро кунад, аз қисмҳои мошини боркаши гиперсонӣ то фаъолкунакҳои инноватсионии омехтаи ҳастаӣ.
Хулоса кардан, керамикаи карбиди бор барои баланд бардоштани самаранокии моддии сохташуда истодааст, муттаҳид кардани устувории шадид, ғафсӣ кам, ва хосиятҳои истиқоматии махсуси атомӣ дар як модда.
Тавассути пешрафти пайваста дар синтез, муомила, ва ариза, ин маводи аҷиб идома тела ҳудуди он чиро, ки дар тарҳрезии баландсифат имконпазир аст.
Дистрибютор
Advanced Ceramics моҳи октябр таъсис ёфтааст 17, 2012, як корхонаи баландтехнологӣ мебошад, ки ба тадқиқот ва рушд нигаронида шудааст, истехсолот, коркард, фуруш ва хизматрасонии техникии масолех ва маснуоти нисбии сафолй. Маҳсулоти мо Маҳсулоти керамикии бор карбидро дар бар мегирад, аммо бо ин маҳдуд намешавад, Маҳсулоти керамикии бор нитриди, Маҳсулоти сафолӣ кремний карбиди, Маҳсулоти сафолӣ кремний нитриди, Маҳсулоти сафолии диоксиди цирконий, ва гайра. Агар шумо таваҷҷӯҳ дошта бошед, лутфан бо мо дар тамос шавед.([email protected])
Тегҳо: Карбиди бор, Керамики бор, Керамики карбиди бор
Ҳама мақолаҳо ва тасвирҳо аз Интернет мебошанд. Агар ягон масъалаи ҳуқуқи муаллиф вуҷуд дошта бошад, лутфан бо мо дар вақти барои нест кардани.
Моро пурсед