1. Фундаментальна хімія та кристалографічний дизайн карбіду бору
1.1 Молекулярний склад і структурна складність
(Кераміка з карбіду бору)
Карбід бору (Б ЧОТИРИ В) є одним із найбільш інтригуючих і технологічно важливих керамічних матеріалів завдяки унікальному поєднанню високої міцності, мала товщина, і виняткову здатність поглинати нейтрони.
Хімічно, це нестехіометрична речовина, яка переважно складається з атомів бору та вуглецю, з ідеалізованою формулою B ₄ C, хоча його реальний склад може варіюватися від B₄C до B₁₀. П'ЯТЬ С, відображаючи велике різноманіття однорідності, кероване альтернативними системами всередині його складної кристалічної решітки.
Кристалічний каркас карбіду бору походить з ромбоедричної системи (космічна команда R3̄m), ідентифікується тривимірною мережею 12-атомних ікосаедрів– колекції атомів бору– з’єднані прямими ланцюгами C-B-C або C-C уздовж тригональної осі.
Ці ікосаедри, кожна складається з 11 атоми бору і 1 атом вуглецю (B ₁₁ C), ковалентно зв’язані з надзвичайно міцним B– Б, Б– C, і C– облігації С, сприяючи його вражаючій механічній міцності та термічній безпеці.
Видимість цих багатогранних одиниць і інтерстиціальних ланцюгів вводить архітектурну анізотропію та внутрішні проблеми, які впливають як на механічні властивості, так і на цифрові пристрої продукту.
На відміну від більш простих порцелянових виробів, таких як оксид алюмінію або карбід кремнію, Атомна архітектура карбіду бору забезпечує значну конфігураційну гнучкість, що робить можливим утворення дефектів і циркуляцію плати, що впливає на його продуктивність під час стресу, тривоги та опромінення.
1.2 Фізичні та електронні резиденції, що виникають внаслідок атомного з’єднання
Мережа ковалентного зв’язку в карбіді бору забезпечує одну з найвищих визнаних показників твердості серед синтетичних матеріалів.– поступається лише рубіну і кубічному нітриду бору– зазвичай від 30 до 38 Середній бал за шкалою твердості за Віккерсом.
Його товщина надзвичайно зменшена (~ 2.52 г/см ШІСТЬ), робити це навколо 30% легший за глинозем і майже 70% легший за сталь, вирішальна перевага в чутливих до ваги додатках, таких як окремі екрани та аерокосмічні частини.
Карбід бору демонструє виняткову хімічну інертність, витримує удар великою кількістю кислот і антацидів при кімнатній температурі, хоча він може окислюватися 450 °C на повітрі, створення оксиду бору (B ₂ O ШІСТЬ) і co2, що може поставити під загрозу структурну чесність у високотемпературних окислювальних умовах.
Має широку заборонену зону (~ 2.1 еВ), класифікуючи його як напівпровідник із потенційним застосуванням у високотемпературній електроніці та детекторах радіації.
Крім того, його високий коефіцієнт Зеєбека та знижена теплопровідність роблять його кандидатом на термоелектричне перетворення енергії, особливо в суворих умовах, де традиційні матеріали виходять з ладу.
(Кераміка з карбіду бору)
Продукт також демонструє феноменальне поглинання нейтронів завдяки високому поперечному перетину захоплення нейтронів ізотопу ¹⁰ B (приблизно 3837 комори для теплових нейтронів), що робить його важливим у керуючих стрижнях ядерних реакторів, захищаючи, та інвестовані системи зберігання газу.
2. Синтез, поводження, і перешкоди в ущільненні
2.1 Промислове виробництво та порошкові методи конструювання
Карбід бору в основному створюється при високотемпературному карботермічному відновленні борної кислоти (H ₃ BO ₃) або оксид бору (B ₂ O П'ЯТЬ) з ресурсами вуглецю, такими як нафтовий кокс або деревне вугілля в електричних дугових нагрівачах 2000 ° C.
Відповідь йде як: 2Б ДВА ДВА + 7C → B ЧОТИРИ C + 6CO, генерування грубої, кутові порошки, які потребують значного подрібнення для досягнення субмікронних розмірів фрагментів, відповідних для обробки кераміки.
Альтернативні шляхи синтезу включають саморозповсюджуваний високотемпературний синтез (SHS), лазерне хімічне осадження з парової фази (ССЗ), і плазмові технології, які використовують кращий контроль над стехіометрією та морфологією фрагментів, але менш масштабовані для промислового використання.
Завдяки своїй суворій міцності, подрібнення карбіду бору в чудовий порошок є енергоємним і вразливим до забруднення через гратчасте середовище, вимагає використання млинів з футеруванням карбідом бору або полімерних шліфувальних засобів для підтримки чистоти.
Отримані порошки слід ретельно ідентифікувати та деагломерувати, щоб гарантувати рівномірне пакування та надійне спікання.
2.2 Обмеження спікання та передові комбіновані підходи
Значною складністю конструкції кераміки з карбіду бору є її природа ковалентного зв’язку та низький коефіцієнт самодифузії, які сильно обмежують ущільнення під час стандартного спікання без тиску.
Також при температурах, що наближаються 2200 ° C, Спікання без тиску зазвичай виробляє порцеляну з 80– 90% академічної товщини, залишаючи залишкову пористість, яка погіршує механічну витривалість і балістичні характеристики.
Щоб перемогти це, вдосконалені методи ущільнення, такі як гаряче натискання (HP) і гаряче ізостатичне штовхання (стегно) використовуються.
Гаряче натискання застосовує одновісне напруження (зазвичай 30– 50 МПа) при температурах між ними 2100 ° C і 2300 ° C, сприяння перегрупуванню фрагментів і пластичній деформації, допускаючи перевищення товщини 95%.
HIP ще більше покращує ущільнення, застосовуючи ізостатичний тиск газу (100– 200 МПа) після інкапсуляції, усуваючи закриті пори та досягаючи майже повної щільності з покращеною стійкістю до тріщин.
Добавки, такі як вуглець, кремній, або зсув боридів металів (напр., TiB ДВА, CrB ДВА) іноді вводять у невеликих кількостях, щоб підвищити здатність до спікання та перешкодити росту зерна, хоча вони можуть трохи мінімізувати твердість або ефективність поглинання нейтронів.
Незважаючи на ці прориви, слабкість меж зерен і внутрішня крихкість продовжують залишатися безжальними проблемами, особливо в умовах різкого навантаження.
3. Механічні дії та продуктивність за екстремальних умов навантаження
3.1 Системи балістичної стійкості та відмови
Карбід бору широко визнаний основним матеріалом для легкого балістичного захисту бронежилетів, покриття автомобіля, і екранування літака.
Його висока міцність дозволяє належним чином псувати та деформувати вхідні снаряди, такі як бронебійні кулі та осколки, розсіювання кінетичної сили через системи, що складаються з тріщин, мікротріщини, і локальна зміна стадії.
Тим не менш, Карбід бору демонструє явище, яке називається “аморфізація при ударі,” де, при високошвидкісному ударі (зазвичай > 1.8 км/с), кристалічна структура розпадається прямо на невпорядковану, аморфна фаза, яка не має несучої здатності, що призвело до трагічної невдачі.
Це викликана тиском аморфізація, спостерігаються за допомогою рентгенівської дифракції in situ та TEM досліджень, пояснюється руйнуванням ікосаедричних систем і ланцюгів C-B-C під дією екстремальної напруги зсуву.
Зусилля пом’якшити це полягають у покращенні зерна, композитний стиль (напр., B ЧОТИРИ C-SiC), і покриття площі поверхні гнучкою сталлю для затримки проліферації руйнування та фрагментації.
3.2 Зносостійкість і промислове застосування
Минулий захист, Стійкість карбіду бору до стирання робить його ідеальним для комерційного застосування, включно з сильним зносом, наприклад піскоструминні насадки, наконечники для різання водоструменем, і шліфувальні середовища.
Його міцність значно перевершує карбід вольфраму і глинозем, що призводить до подовження терміну служби та мінімізації витрат на обслуговування у високопродуктивних виробничих атмосферах.
Елементи з карбіду бору можуть працювати в абразивних потоках високого тиску без швидкого руйнування, хоча необхідно дотримуватися обережності, щоб запобігти термічному удару та розтягуючим напругам під час процедури.
Його використання в ядерних установках додатково забезпечує зносостійкі компоненти в системах обробки газу, де необхідні і механічна міцність, і поглинання нейтронів.
4. Стратегічні застосування в ядерній галузі, Аерокосмічна, та новітні технології
4.1 Рішення для поглинання нейтронів і захисту від радіації
Одним із найважливіших невійськових застосувань карбіду бору залишається атомна енергетика, де він служить продуктом, що поглинає нейтрони, у полюсах керування, закриття пеллет, і радіаційно-захисні конструкції.
Завдяки високому вмісту ізотопу ¹⁰ B (зазвичай ~ 20%, однак може бути збагачений до > 90%), карбід бору ефективно вловлює теплові нейтрони через ¹⁰ B(п, a)відповідь сім Лі, створюючи альфа-фрагменти та іони літію, які легко утримуються в продукті.
Ця реакція є нерадіоактивною та генерує дуже мало довгоіснуючих побічних продуктів, роблячи карбід бору набагато безпечнішим і набагато стабільнішим, ніж альтернативи, такі як кадмій або гафній.
Використовується в активаторах води під тиском (PWR), реактори з киплячою водою (BWR), та дослідницькі активатори, зазвичай у формі спечених гранул, одягнені трубки, або композитні панелі.
Його стабільність під нейтронним опроміненням і здатність підтримувати продукти поділу покращують безпеку активатора, а також тривалий термін служби.
4.2 Аерокосмічна, Термоелектрики, і майбутні матеріальні межі
В аерокосмічній сфері, Виявлено карбід бору для використання в передніх боках гіперзвукових автомобілів, де його високий коефіцієнт плавлення (~ 2450 ° C), зменшена товщина, і стійкість до термічного удару мають переваги перед металевими сплавами.
Його потенціал у термоелектричних гаджетах походить від високого коефіцієнта Зеєбека та зниженої теплопровідності, можливість прямого перетворення відпрацьованого тепла в електричну енергію в суворих атмосферах, таких як зонди глибокого космосу або системи з ядерним двигуном.
Також проводяться дослідження щодо створення композитів на основі карбіду бору з вуглецевими нанотрубками або графеном для підвищення міцності та електропровідності для багатофункціональної архітектурної електроніки..
Крім того, її напівпровідникові конструкції використовуються в радіаційно зміцнених сенсорних блоках і детекторах для місцевих і ядерних застосувань.
У підсумку, Порцеляна з карбіду бору виступає за основний матеріал на стику надзвичайної механічної ефективності, ядерний дизайн, і прогресивне виробництво.
Його єдина в своєму роді суміш надвисокої міцності, зменшена товщина, а здатність поглинати нейтрони робить його незамінним у сучасних оборонних і ядерних технологіях, в той час як безперервні дослідження залишаються, щоб розширити свою енергію прямо в аерокосмічній сфері, перетворення енергії, і сполуки наступного покоління.
У міру розвитку стратегій переробки з’являються нові композитні конструкції, карбід бору, безсумнівно, залишиться на передньому краї інноваційних матеріалів для найбільш вимогливих технологічних перешкод.
5. Дистриб'ютор
Компанія Advanced Ceramics була заснована в жовтні 17, 2012, це високотехнологічне підприємство, яке займається дослідженнями та розробками, виробництва, обробки, продаж і технічне обслуговування керамічних матеріалів і виробів. Наша продукція включає, але не обмежується керамічними виробами з карбіду бору, Керамічні вироби з нітриду бору, Керамічні вироби з карбіду кремнію, Керамічні вироби з нітриду кремнію, Керамічні вироби з діоксиду цирконію, тощо. Якщо вам цікаво, будь ласка, не соромтеся зв'язатися з нами.([email protected])
Теги: Карбід бору, Борна кераміка, Кераміка з карбіду бору
Всі статті та фотографії взяті з Інтернету. Якщо є проблеми з авторським правом, будь ласка, зв'яжіться з нами вчасно, щоб видалити.
Зверніться до нас