Boron Carbide ohun elo amọ: Iṣafihan Iwadi Imọ-jinlẹ, Awọn ohun-ini, ati Awọn ohun elo Iyika ti Ohun elo To ti ni ilọsiwaju Ultra-Lile
1. Ifihan to boron Carbide: Ohun elo kan ni awọn iwọn
Eroja boron (B ₄ C) duro bi ọkan ninu awọn ọja atọwọda iyalẹnu julọ ti a mọ si awọn iwadii imọ-jinlẹ ti awọn ọja ode oni, iyatọ nipasẹ gbigbe rẹ laarin awọn ohun elo ti o nira julọ lori Earth, kọja o kan nipasẹ diamond ati onigun boron nitride.
(Boron Carbide seramiki)
Ni akọkọ ti ṣajọpọ ni ọrundun 19th, boron carbide ti wa nitootọ lati iwariiri ile-iyẹwu taara sinu nkan pataki ni awọn eto apẹrẹ iṣẹ ṣiṣe giga, Idaabobo imotuntun, ati iparun awọn ohun elo.
Awọn oniwe-pataki apapo ti awọn iwọn solidity, dinku iwuwo, ga neutroni gbigba agbelebu-apakan, ati iduroṣinṣin kemikali iyasọtọ jẹ ki o ṣe pataki ni awọn agbegbe nibiti awọn ohun elo boṣewa ti kuna.
Nkan yii n funni ni iwadi ti o gbooro sibẹsibẹ iraye si ti awọn ohun elo amọ carbide boron, iluwẹ sinu awọn oniwe-atomu be, kolaginni imuposi, darí ati ibugbe ti ara tabi ti owo-ini, ati ọpọlọpọ awọn ohun elo to ti ni ilọsiwaju ti o lo awọn abuda iyalẹnu rẹ.
Ibi-afẹde ni lati di aaye laarin oye ile-iwosan ati ohun elo to wulo, ẹbọ onkawe a jin, oye ti a ṣeto ni deede sinu deede bii ohun elo seramiki iyalẹnu yii ṣe n ṣe agbekalẹ imọ-ẹrọ ode oni.
2. Eto Atomic ati Kemistri Ipilẹ
2.1 Crystal Latticework ati imora abuda
Boron carbide crystallizes ni a rhombohedral ilana (egbe agbegbe R3m) pẹlu sẹẹli ẹrọ idiju ti o gba stoichiometry oniyipada, deede orisirisi lati B ₄ C to B ₀. KÚN C.
Ipilẹ ipilẹ ti eto yii jẹ 12-atom icosahedra ti o jẹ pupọ ti awọn ọta boron., ti a ti sopọ nipasẹ awọn ẹwọn ti o tọ ni atomu mẹta ti o fa iṣẹ-iṣẹ lattice gara.
Awọn icosahedra jẹ awọn iṣupọ ti o duro gaan bi abajade isọdọmọ covalent to lagbara laarin nẹtiwọọki boron, nigba ti inter-icosahedral dè– ojo melo ti o ni awọn C-B-C tabi B-B-B eto– mu ipa to ṣe pataki ni idasile ẹrọ ẹrọ ati awọn ohun-ini ibugbe oni nọmba.
Ara pataki yii nyorisi ọja kan pẹlu iwọn giga ti isunmọ covalent (lori 90%), eyiti o tọ ni idiyele ti iduroṣinṣin iyalẹnu rẹ ati iduroṣinṣin gbona.
Hihan erogba ninu awọn aaye pq mu iduroṣinṣin ti ayaworan pọ si, sibẹsibẹ awọn aiṣedeede lati stoichiometry pipe le ṣafihan awọn abawọn ti o ni ipa ṣiṣe ṣiṣe ẹrọ ati aiṣedeede..
(Boron Carbide seramiki)
2.2 Iregularity Compositional ati Kemistri abawọn
Ko dabi ọpọlọpọ awọn ohun elo amọ pẹlu itọju stoichiometry, boron carbide han kan jakejado isokan orun, ngbanilaaye iyatọ nla ni ipin boron-to-erogba laisi kikọlu pẹlu ilana ilana gara lapapọ.
Eleyi adaptability mu ki o ṣee ṣe fun sile-ini fun pato awọn ohun elo, bi o tilẹ jẹ pe o tun ṣafihan awọn italaya ni sisẹ ati iṣọkan ṣiṣe.
Awọn abawọn bii aito erogba, boron tosisile, ati awọn ipalọlọ icosahedral jẹ wọpọ ati pe o le ni ipa lori lile, kiraki toughness, ati itanna elekitiriki.
Fun apẹẹrẹ, labẹ-stoichiometric ṣe-soke (boron-ọlọrọ) ṣọ lati ṣafihan lile lile ṣugbọn o dinku lile lile fifọ, lakoko ti awọn iyatọ ọlọrọ carbon le ṣe afihan imudara sinterability ni inawo ti lile.
Loye ati ṣiṣakoso awọn abawọn wọnyi jẹ idojukọ pataki ni iwadii carbide boron ti ilọsiwaju, pataki fun imudara ṣiṣe ni asà ati awọn ohun elo iparun.
3. Kolaginni ati Processing imuposi
3.1 Awọn ọna iṣelọpọ akọkọ
Boron carbide lulú jẹ julọ ti a ṣẹda nipasẹ idinku iwọn otutu ti o ga julọ, ilana ti boric acid (H ₃ BO META) tabi boron oxide (B MEJI O₃) ti dahun pẹlu awọn orisun erogba gẹgẹbi epo coke tabi eedu ninu ileru arc ina.
Idahun naa tẹsiwaju bi ibamu pẹlu:
B MEJI O₃ + 7C → 2B C KẸRIN + 6CO (gaasi)
Ilana yii ṣẹlẹ ni awọn ipele iwọn otutu ti o kọja 2000 ° C, pipe fun significant agbara input.
Abajade robi B KẸRIN C ti wa ni lilọ lẹhin iyẹn ati mimọ lati yọkuro kuro ninu erogba loorekoore ati awọn oxides ti ko dahun..
Awọn ọna ẹrọ yiyan pẹlu idinku magnesiothermic, lesa-iranlọwọ kolaginni, ati pilasima arc kolaginni, eyiti o pese iṣakoso to dara julọ lori iwọn ajẹkù ati mimọ sibẹsibẹ jẹ ihamọ nigbagbogbo si iwọn-kekere tabi iṣelọpọ kan pato.
3.2 Awọn iṣoro ni Densification ati Sintering
Lara ọkan ninu awọn italaya pataki julọ ni iṣelọpọ seramiki boron carbide ni gbigba iwuwo ni kikun nitori isunmọ covalent ti o lagbara ati idinku iye-ipin kaakiri ara ẹni.
Isọpọ ti ko ni titẹ ti aṣa nigbagbogbo n yọrisi awọn ipele porosity loke 10%, drastically jeopardizing darí stamina ati ballistic ṣiṣe.
Lati ṣẹgun eyi, ilọsiwaju densification imuposi ti wa ni lilo:
Gbigbona Titari (HP): Entails igbakana ohun elo ti iferan (nigbagbogbo 2000– 2200 ° C )ati uniaxial titẹ (20– 50 MPa) ni ohun inert ambience, ti o npese sunmọ- tumq si sisanra.
Gbona Isostatic Titẹ (HIP): Nlo iwọn otutu giga ati aapọn gaasi isotropic (100– 200 MPa), yiyọ awọn pores inu ati igbelaruge iduroṣinṣin ẹrọ.
Sipaki pilasima Sintering (SPS): Nlo pulsed ni gígùn tẹlẹ lati nyara ooru soke ni lulú iwapọ, mu densification ṣiṣẹ ni awọn ipele iwọn otutu kekere ati awọn akoko kukuru pupọ, toju itanran ọkà be.
Awọn afikun bi erogba, ohun alumọni, tabi naficula irin borides ti wa ni igba gbekalẹ lati se igbelaruge ọkà aala itankale ati igbelaruge sinterability, bi o tilẹ jẹ pe wọn yẹ ki o ṣe ilana ni pẹkipẹki pupọ lati duro kuro ni iduroṣinṣin abuku.
4. Darí ati ti ara Ibugbe
4.1 Iduroṣinṣin Iyatọ ati Atako Wọ
Boron carbide jẹ olokiki fun lile Vickers rẹ, maa orisirisi lati 30 si 35 Ite ojuami apapọ, ipo rẹ laarin awọn ohun elo ti o nira julọ ti a mọ.
Imudara lile yii ṣe iyipada sinu resistance iwunilori si yiya abrasive, ṣiṣe B KẸRIN C dara julọ fun awọn ohun elo bii awọn nozzles sandblasting, idinku irinṣẹ, ki o si wọ awọn awo ni iwakusa ati alaidun ẹrọ.
Ohun elo yiya ni boron carbide pẹlu microfracture ati fifa-ọka ni ilodi si ibajẹ ṣiṣu, a ti iwa ti ẹlẹgẹ porcelains.
Sibẹsibẹ, awọn oniwe-kekere kiraki sturdiness (wọpọ 2.5– 3.5 MPa · m 1ST / MEJI) mu ki o ni itara lati fọ itankale labẹ ikojọpọ ipa, to nilo ṣọra oniru ni larinrin awọn ohun elo.
4.2 Iwuwo Kekere ati Agbara Awọn alaye giga
Pẹlu iwuwo ti aijọju 2.52 g/cm META, boron carbide wa laarin awọn tanganran ayaworan ti o rọrun julọ ti o wa, lilo a idaran ti anfani ni àdánù-kókó ohun elo.
Iwọn iwuwo kekere yii, dapọ pẹlu ga compressive toughness (lori 4 GPA), nyorisi kan phenomenal awọn alaye agbara (agbara-si-iwuwo o yẹ), ṣe pataki fun aaye afẹfẹ ati awọn eto aabo nibiti ibi-idinku jẹ pataki.
Fun apere, ni ti ara ẹni ati ọkọ ihamọra, B KẸRIN C nfunni ni aabo Ere kọọkan iwuwo ti o yatọ si irin tabi alumina, gbigba fẹẹrẹfẹ, Elo siwaju sii mobile ailewu awọn ọna šiše.
4.3 Gbona ati Iduroṣinṣin Kemikali
Boron carbide ṣe afihan iduroṣinṣin igbona to dara julọ, mimu awọn oniwe-darí ile bi Elo bi 1000 ° C ni awọn agbegbe inert.
O ni o ni kan to ga yo ojuami ti ni ayika 2450 ° C ati olusodipupo idagba igbona ti o dinku (~ 5.6 × 10 ⁻ / K), fifi si nla gbona mọnamọna resistance.
Kemikali, o jẹ ajesara pupọ si awọn acids (ayafi oxidizing acids bi HNO ₃) ati awọn irin olomi, ṣiṣe ni deede fun lilo ni awọn agbegbe kemikali ti o lagbara ati awọn ohun ọgbin agbara atomiki.
Sibẹsibẹ, ifoyina di akude lori 500 ° C ni afẹfẹ, lara boric oxide ati erogba oloro, eyi ti o le ya lulẹ dada agbegbe otito lori akoko.
Awọn ipele aabo tabi iṣakoso ayika ni a nilo nigbagbogbo ni awọn iṣoro oxidizing otutu-giga.
5. Awọn ohun elo Aṣiri ati Ipa Imọ-ẹrọ
5.1 Ballistic Aabo ati Shield Solutions
Boron carbide jẹ ohun elo okuta igun ile ni apata iwuwo fẹẹrẹ ode oni nitori idapọ ti ko ni ibamu ti iduroṣinṣin ati sisanra ti o dinku..
O ti wa ni o gbajumo ni lilo ninu:
Awọn awo seramiki fun ihamọra ara (Ipele III ati IV Idaabobo).
Asà ọkọ ayọkẹlẹ fun ogun ati awọn ohun elo ọlọpa.
Aabo ọkọ ofurufu ati ọkọ ofurufu ọkọ ofurufu.
Ni apapo shield awọn ọna šiše, Awọn alẹmọ B ₄ C jẹ atilẹyin nigbagbogbo nipasẹ awọn polima ti a fi agbara mu (f.eks., Kevlar tabi UHMWPE) lati Rẹ soke iṣẹku kainetik agbara lẹhin ti awọn seramiki Layer dida awọn projectile.
Lai ti awọn oniwe-ga solidity, B KẸRIN C le ṣe “amorphization” labẹ ga-iyara ikolu, iṣẹlẹ ti o ṣe opin iṣẹ rẹ lodi si awọn ewu agbara-giga pupọ, iwuri ikẹkọ loorekoore sinu awọn iyipada akojọpọ ati awọn tanganran arabara.
5.2 Apẹrẹ iparun ati Neutron Absorption
Lara awọn iṣẹ pataki julọ ti boron carbide wa ni iṣakoso riakito iparun ati ailewu ati awọn eto aabo.
Nitori gbigba neutroni giga-apakan agbelebu ¹⁰ B isotope (3837 abà fun gbona neutroni), B KẸRIN C ni a lo ninu:
Iṣakoso ọpá fun pressurized omi reactors (PWRs) ati farabale omi reactors (BWRs).
Neutroni aabo awọn ẹya ara.
Awọn eto pipade ipo pajawiri.
Agbara rẹ lati fa awọn neutroni laisi wiwu pataki tabi iparun labẹ itanna jẹ ki o jẹ ọja ti o fẹran ni awọn agbegbe iparun..
Sibẹsibẹ, iran gaasi helium lati ¹⁰ B(n, a)⁷ Li lenu le fa akojọpọ titẹ titẹ ati microcracking pẹlu akoko, dandan apẹrẹ iṣọra ati ipasẹ ni awọn ohun elo igba pipẹ.
5.3 Awọn Irinṣẹ Ile-iṣẹ ati Yiya-Resistant
Beyond olugbeja ati iparun awọn ọja, boron carbide rii lilo okeerẹ ni awọn ohun elo ile-iṣẹ pipe fun resistance yiya to gaju:
Nozzles fun ti o ni inira waterjet gige ati sandblasting.
Awọn ifasoke fun awọn ifasoke ati awọn idalẹnu mimu mimu simi slurries.
Idinku irinṣẹ fun ti kii-ferrous awọn ọja.
Aifọwọyi kẹmika rẹ ati iduroṣinṣin igbona gba o laaye lati gbe ni igbẹkẹle ni awọn agbegbe iṣelọpọ kemikali ọta nibiti awọn irinṣẹ irin yoo daa danu ni iyara..
6. Awọn ifojusọna ọjọ iwaju ati Awọn iwaju Iwadi Iwadi
Ojo iwaju ti boron carbide tanganran duro lori bibori awọn ihamọ inu inu rẹ– paapa kekere kiraki sturdiness ati ifoyina resistance– pẹlu to ti ni ilọsiwaju apapo ara ati nanostructuring.
Awọn itọnisọna iwadi lọwọlọwọ ni ninu:
Idagba ti B ₄ C-SiC, B ₄ C-TiB ₂, ati B KẸRIN C-CNT (erogba nanotube) agbo lati se alekun agbara ati ki o gbona iba ina elekitiriki.
Iyipada dada ati ipari awọn imotuntun lati ṣe alekun resistance ifoyina.
Afikun gbóògì (3D titẹ sita) ti ohun elo B KẸRIN C awọn ẹya ara lilo binder jetting ati SPS ogbon.
Bi awọn ohun elo imọ-jinlẹ ṣe wa lati dagbasoke, boron carbide wa ni ipo lati mu iṣẹ ti o dara julọ paapaa ni awọn imotuntun iran ti nbọ, lati hypersonic akẹrù awọn ẹya ara si aseyori iparun parapo activators.
Lati pari, boron carbide seramics duro fun a pinnacle ti tiase ohun elo ṣiṣe, ṣepọ iduroṣinṣin to lagbara, dinku sisanra, ati awọn ohun-ini ibugbe iparun pataki ni nkan kan.
Nipasẹ ilọsiwaju ilọsiwaju ninu iṣelọpọ, mimu, ati ohun elo, ohun elo iyanu yii tẹsiwaju lati Titari awọn opin ti ohun ti o ṣee ṣe ni apẹrẹ iṣẹ-giga.
Olupinpin
To ti ni ilọsiwaju Seramics da lori October 17, 2012, jẹ ile-iṣẹ imọ-ẹrọ giga ti o ṣe adehun si iwadii ati idagbasoke, iṣelọpọ, processing, tita ati imọ awọn iṣẹ ti seramiki ojulumo ohun elo ati awọn ọja. Awọn ọja wa pẹlu ṣugbọn kii ṣe opin si Awọn ọja seramiki Boron Carbide, Awọn ọja seramiki boron Nitride, Awọn ọja seramiki Silicon Carbide, Awọn ọja seramiki Silicon Nitride, Awọn ọja seramiki Dioxide Zirconium, ati be be lo. Ti o ba nife, jọwọ lero free lati kan si wa.([email protected])
Awọn afi: Boron Carbide, Boron seramiki, Boron Carbide seramiki
Gbogbo awọn nkan ati awọn aworan wa lati Intanẹẹti. Ti o ba wa eyikeyi awọn ọran aṣẹ lori ara, jọwọ kan si wa ni akoko lati parẹ.
Beere wa