1. Bor karbidining asosiy kimyosi va kristallografik dizayni
1.1 Molekulyar tarkibi va strukturaviy murakkabligi
(Bor karbidli keramika)
Bor karbid (B TO'RT C) qattiq mustahkamlikning noyob kombinatsiyasi tufayli eng qiziqarli va texnologik jihatdan muhim keramika materiallaridan biri hisoblanadi., past qalinligi, va ajoyib neytron yutilish qobiliyati.
Kimyoviy, u asosan bor va uglerod atomlaridan tashkil topgan stoxiometrik bo'lmagan moddadir, ideallashtirilgan B ₄ C formulasi bilan, uning haqiqiy tarkibi B ₄ C dan B ₁₀ gacha o'zgarishi mumkin. BESH C, uning murakkab kristall panjarasidagi muqobil tizimlar tomonidan boshqariladigan katta bir xillik xilma-xilligini aks ettiradi.
Bor karbidining kristall ramkasi rombedral tizimdan keladi (kosmik jamoasi R3̄m), 12 atomli ikosaedralarning uch o'lchovli tarmog'i bilan aniqlangan– bor atomlari to'plami– trigonal o'qi bo'ylab to'g'ridan-to'g'ri C-B-C yoki C-C zanjirlari bilan bog'langan.
Bu ikosaedralar, har biri dan iborat 11 bor atomlari va 1 uglerod atomi (B ₁₁ C), juda kuchli B bilan kovalent bog'langan– B, B– C, va C– C obligatsiyalari, uning ta'sirchan mexanik kuchi va termal xavfsizligiga hissa qo'shadi.
Ushbu ko'p yuzli birliklar va interstitsial zanjirlarning ko'rinishi me'moriy anizotropiya va ichki muammolarni keltirib chiqaradi., bu mexanik odatlarga ham, mahsulotning raqamli uylariga ham ta'sir qiladi.
Alumina yoki silikon karbid kabi osonroq chinnilardan farqli o'laroq, bor karbidining atom arxitekturasi sezilarli konfiguratsion moslashuvchanlikni ta'minlaydi, stress, tashvish va nurlanish sharoitida uning ishlashiga ta'sir qiluvchi nuqsonlarning shakllanishi va to'lov aylanishiga imkon beradi..
1.2 Atom bog'lanishidan yuzaga keladigan jismoniy va elektron turar-joylar
Bor karbididagi kovalent bog'lanish tarmog'i sintetik materiallar orasida eng yuqori tan olingan qattiqlik qiymatlaridan biriga olib keladi.– yoqut va kub bor nitrididan keyin ikkinchi oʻrinda turadi– odatda oralig'ida 30 uchun 38 Vickers qattiqlik oralig'ida o'rtacha ball.
Uning qalinligi sezilarli darajada kamayadi (~ 2.52 g/sm OLTI), atrofida qilish 30% aluminadan engilroq va deyarli 70% po'latdan engilroq, alohida qalqon va aerokosmik qismlar kabi vaznga sezgir ilovalarda hal qiluvchi afzallik.
Bor karbid ajoyib kimyoviy inertlikni namoyish etadi, kosmosdagi harorat darajasida ko'plab kislotalar va antasidlar ta'siriga chidamli, garchi u oksidlanishi mumkin 450 havoda ° C, borik oksidi hosil qiladi (B ₂ O OLTI) va CO2, yuqori haroratli oksidlanish sharoitida tizimli halollikni buzishi mumkin.
U keng tarmoqli oralig'iga ega (~ 2.1 eV), uni yuqori haroratli elektronika va radiatsiya detektorlarida qo'llanilishi mumkin bo'lgan yarim o'tkazgich sifatida tasniflash.
Bundan tashqari, uning yuqori Seebek koeffitsienti va kamaytirilgan issiqlik o'tkazuvchanligi uni termoelektr energiyasini konvertatsiya qilish uchun nomzod qiladi., ayniqsa, an'anaviy materiallar muvaffaqiyatsiz bo'lgan og'ir muhitda.
(Bor karbidli keramika)
Mahsulot qo'shimcha ravishda ¹⁰ B izotopining yuqori neytronni tutib olish kesimi tufayli ajoyib neytron yutilishini ko'rsatadi. (haqida 3837 termal neytronlar uchun omborlar), Bu yadro reaktorlarini boshqarish novdalarida muhim ahamiyatga ega, himoya qilish, va investitsiya qilingan gaz saqlash joylari tizimlari.
2. Sintez, Ishlov berish, va zichlashtirishdagi to'siqlar
2.1 Sanoat ishlab chiqarish va changni qurish usullari
Bor karbid asosan borik kislotasining yuqori haroratli karbotermik kamayishi natijasida hosil bo'ladi (H ₃ BO ₃) yoki bor oksidi (B ₂ O BESH) neft koksi yoki ko'mir kabi uglerod manbalari bilan ishlaydigan elektr yoy isitgichlarida 2000 ° C.
Javob quyidagicha davom etadi: 2B IKKI O IKKI + 7C → B TO'RT C + 6CO, qo'pol hosil qiladi, keramika bilan ishlov berish uchun mos bo'lgan submikron fragment o'lchamlarini bajarish uchun katta frezalashni talab qiladigan burchak kukunlari.
Sintezning alternativ yo'llari o'z-o'zidan tarqaladigan yuqori haroratli sintezni o'z ichiga oladi (SHS), lazer yordamida kimyoviy bug'larning cho'kishi (CVD), va plazma yordamidagi texnikalar, stexiometriya va fragmentlar morfologiyasi ustidan yaxshiroq nazoratdan foydalanadi, ammo sanoatda foydalanish uchun kamroq kengaytiriladi..
Uning qattiq mustahkamligi tufayli, Bor karbidini to'g'ridan-to'g'ri katta kukunlarga maydalash energiya talab qiladi va panjara vositalaridan ifloslanishga qarshi himoyasiz, soflikni saqlash uchun bor karbid bilan qoplangan tegirmonlar yoki polimer silliqlash vositalaridan foydalanishni talab qiladi.
Olingan kukunlarni bir xil qadoqlash va ishonchli sinterlashni kafolatlash uchun ehtiyotkorlik bilan aniqlash va deaglomeratsiya qilish kerak..
2.2 Sinterlash cheklovlari va ilg'or kombinatsiyalash usullari
Bor karbidli keramika konstruktsiyasidagi muhim qiyinchilik uning kovalent bog'lanish xususiyati va past o'z-o'zidan tarqalish koeffitsientidir., standart bosimsiz sinterlash paytida zichlikni keskin cheklaydi.
Shuningdek, harorat yaqinlashganda 2200 ° C, bosimsiz sinterlash odatda 80 bo'lgan chinni ishlab chiqaradi– 90% akademik qalinligi, mexanik chidamlilik va ballistik ish faoliyatini yomonlashtiradigan qoldiq g'ovaklikni qoldiradi.
Buni yengish uchun, issiq surish kabi ilg'or zichlashtirish texnikasi (HP) va issiq izostatik surish (HIP) foydalaniladi.
Issiq surish bir o'qli stressni qo'llaydi (odatda 30– 50 MPa) orasidagi haroratlarda 2100 ° C va 2300 ° C, fragmentni qayta tashkil etish va plastik deformatsiyani rag'batlantirish, qalinligidan oshib ketishiga imkon beradi 95%.
HIP izostatik gaz bosimini qo'llash orqali zichlikni yanada yaxshilaydi (100– 200 MPa) kapsuladan keyin, yopiq teshiklarni yo'q qilish va yorilishning mustahkamligi bilan deyarli to'liq zichlikka erishish.
Uglerod kabi qo'shimchalar, kremniy, yoki metall boridlarni siljitish (masalan, TiB IKKI, CrB IKKI) sinterlashni kuchaytirish va don o'sishiga to'sqinlik qilish uchun ba'zan oz miqdorda kiritiladi, Garchi ular qattiqlikni yoki neytronni yutish samaradorligini biroz kamaytirishi mumkin.
Bu yutuqlarga qaramay, don chegarasining zaifligi va ichki mo'rtligi tinimsiz qiyinchiliklar bo'lib qolmoqda, ayniqsa, jonli yuklash sharoitida.
3. Mexanik harakatlar va ekstremal yuklash sharoitida ishlash
3.1 Balistik qarshilik va nosozlik tizimlari
Bor karbid tana zirhlarida engil ballistik himoya uchun asosiy material sifatida keng tan olingan., avtomobil qoplamasi, va samolyotni himoya qilish.
Uning yuqori mustahkamligi zirhni teshib o'tuvchi o'qlar va bo'laklar kabi kiruvchi snaryadlarni to'g'ri buzish va burish imkonini beradi., yoriqdan tashkil topgan tizimlar orqali kinetik quvvatni tarqatish, mikrokreking, va mahalliy bosqich o'zgarishi.
Shunga qaramay, bor karbid deb ataladigan hodisani ko'rsatadi “zarba ostida amorfizatsiya,” qayerda, yuqori tezlikli ta'sir ostida (odatda > 1.8 km/s), kristalli struktura to'g'ridan-to'g'ri buziladi, yuk ko'tarish qobiliyatiga ega bo'lmagan amorf faza, fojiali muvaffaqiyatsizlikka olib keladi.
Bu bosim tufayli amorfizatsiya, in-situ rentgen nurlari diffraktsiyasi va TEM tadqiqotlari orqali kuzatiladi, haddan tashqari siljish stressi ostida ikosahedral tizimlar va C-B-C zanjirlarining parchalanishi bilan bog'liq..
Buni yumshatishga qaratilgan sa'y-harakatlar donni yaxshilashdan iborat, kompozit uslub (masalan, B TO'RT C-SiC), va sinish ko'payishini kechiktirish va parchalanishga ega bo'lish uchun egiluvchan po'latlar bilan qoplangan sirt maydoni.
3.2 Aşınmaya qarshilik va sanoat ilovalari
O'tgan himoya, Bor karbidining aşınmaya bardoshliligi uni tijorat maqsadlarida foydalanish uchun ideal qiladi, shu jumladan jiddiy aşınma, qumtoshli nozullar kabi, suv oqimini kesish bo'yicha maslahatlar, va silliqlash vositalari.
Uning mustahkamligi volfram karbid va aluminadan sezilarli darajada oshadi, yuqori mahsuldorlikdagi ishlab chiqarish muhitida xizmat muddatini uzaytirish va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini minimallashtirishga olib keladi..
Bor karbididan tayyorlangan elementlar yuqori bosimli abraziv oqimlar ostida tezda yo'q qilinmasdan ishlashi mumkin, Jarayon davomida termal zarba va kuchlanish kuchlanishining oldini olish uchun ehtiyot bo'lish kerak.
Uning yadroviy qurilmalarda qo'llanilishi gazni qayta ishlash tizimlarining aşınmaya bardoshli qismlariga ham ta'sir qiladi, bu erda mexanik mustahkamlik va neytronlarning yutilishi talab qilinadi.
4. Yadroda strategik ilovalar, Aerokosmik, va Rivojlanayotgan texnologiyalar
4.1 Neytronni yutish va radiatsiyadan himoya qiluvchi eritmalar
Bor karbidining eng muhim harbiy bo'lmagan qo'llanilishidan biri atom energiyasida qoladi, bu erda u nazorat qutblarida neytronni yutuvchi mahsulot bo'lib xizmat qiladi, yopish granulalari, va radiatsiyadan himoya qiluvchi tuzilmalar.
¹⁰ B izotopining yuqori boyligi tufayli (odatda ~ 20%, ammo > ga boyitish mumkin 90%), bor karbid ¹⁰ B orqali termal neytronlarni samarali ushlaydi(n, a)etti Li javob, mahsulot ichida osonlik bilan mavjud bo'lgan alfa bo'laklari va litiy ionlarini yaratish.
Bu reaktsiya radioaktiv bo'lmagan va juda kam uzoq umr ko'radigan yon mahsulotlarni hosil qiladi, bor karbidini kadmiy yoki gafniy kabi muqobillarga qaraganda ancha xavfsizroq va barqarorroq qilish.
U bosimli suv faollashtiruvchilarida qo'llaniladi (PWRlar), qaynoq suv reaktorlari (BWRs), va tadqiqot faollashtiruvchilari, odatda sinterlangan granulalar shaklida, kiyingan quvurlar, yoki kompozit panellar.
Uning neytron nurlanishida barqarorligi va parchalanish mahsulotlarini saqlab turish qobiliyati aktivatorning xavfsizligi va xavfsizligini va uzoq umr ko'rish muddatini yaxshilaydi..
4.2 Aerokosmik, Termoelektriklar, va Kelajakdagi moddiy chegaralar
Aerokosmik sohasida, bor karbid gipertovushli avtomobil etakchi tomonlarida foydalanish uchun kashf qilinmoqda, bu erda uning yuqori erish omili (~ 2450 ° C), qisqartirilgan qalinligi, va termal zarba qarshiligi metall qotishmalariga nisbatan afzalliklarga ega.
Uning termoelektrik qurilmalardagi potentsiali uning yuqori Seebeck koeffitsienti va issiqlik o'tkazuvchanligining pasayishi bilan bog'liq., chuqur kosmik zondlar yoki yadroviy energiya tizimlari kabi og'ir atmosferalarda chiqindi issiqlikni bevosita elektr energiyasiga aylantirish imkonini beradi..
Ko'p funktsiyali arxitektura elektronikasi uchun mustahkamlik va elektr o'tkazuvchanligini oshirish uchun uglerod nanotubalari yoki grafen bilan bor karbid asosidagi kompozitsiyalarni yaratish bo'yicha tadqiqotlar ham olib borilmoqda..
Bundan tashqari, uning yarimo'tkazgichli binolari radiatsiya bilan qattiqlashtirilgan zondlash qurilmalari va hududiy va yadroviy ilovalar uchun detektorlarda qo'llanilmoqda..
Xulosa ichida, bor karbidli chinnilar haddan tashqari mexanik samaradorlik chorrahasida poydevor materiali hisoblanadi, yadroviy dizayn, va ishlab chiqarish rivojlangan.
Uning o'ta yuqori mustahkamligining yagona aralashmasi, qisqartirilgan qalinligi, va neytronni yutish qobiliyati uni mudofaa va yadroviy zamonaviy texnologiyalarda almashtirib bo'lmaydigan qiladi, O'z energiyasini aerokosmik sohaga kengaytirish uchun uzluksiz tadqiqot ishlari davom etmoqda, energiya konvertatsiyasi, va keyingi avlod birikmalari.
Qayta ishlash strategiyalari kuchayib, yangi kompozit dizaynlar paydo bo'ladi, Bor karbid, albatta, eng talab qilinadigan texnologik to'siqlar uchun materiallar innovatsiyasining etakchi chetida qoladi..
5. Distribyutor
Advanced Ceramics oktyabr oyida tashkil etilgan 17, 2012, tadqiqot va ishlanmalarga sodiq bo'lgan yuqori texnologiyali korxona, ishlab chiqarish, qayta ishlash, sopol nisbiy materiallar va mahsulotlarni sotish va texnik xizmat ko'rsatish. Mahsulotlarimiz bor karbidli keramika mahsulotlarini o'z ichiga oladi, lekin ular bilan cheklanmaydi, Bor nitridi keramika mahsulotlari, Silikon karbid seramika mahsulotlari, Silikon nitridli keramika mahsulotlari, Zirkonyum dioksid seramika mahsulotlari, va hokazo. Agar qiziqsangiz, iltimos biz bilan bog'laning.([email protected])
Teglar: Bor karbid, Bor keramikasi, Bor karbidli keramika
Barcha maqolalar va rasmlar Internetdan olingan. Agar mualliflik huquqi bilan bog'liq muammolar mavjud bo'lsa, o'chirish uchun o'z vaqtida biz bilan bog'laning.
Bizdan so'rang