Boro karburoaren sarrera eta aplikazioa

Ingelesezko izena: Boro karburoa

Sinonimoak: B4-C, B4C, diamante beltza, tetraboron karburoa

CAS zenbakia: 12069-32-8

BINECS zenbakia: 235-111-5

RTECS zenbakia: ED7420000

MSDS : Kanpoko MSDS

Formula kimikoa: B4C

Pisu molekular erlatiboa: 55,26

Itxura: Hauts beltza

Dentsitatea: 2,52 g/cm3 (solidoa)

Urtze-puntua: 2450 °C

Irakite-puntua: 3500 °C

Kristal-egitura: hexaedro erronboidea

Mohs gogortasuna: 9.36

Mikrogogortasuna: 4950kgf/mm2

Uretan disolbagarritasuna: disolbaezina

Boro Karburoaren Ezaugarri Fisikoak eta Konstante Fisiko-Kimikoak: Boro karburoa azido borikoaren eta karbono materialen tenperatura altuko urtzearen bidez sortzen da labe elektriko batean. 2,52 g/cm³-ko dentsitate teorikoa du, 2450 °C-ko urtze-puntua, 4950 kgf/mm²-ko mikrogogortasuna eta 9,3ko Mohs gogortasuna. Bere gogortasuna diamanteak eta boro nitruro kubikoak bakarrik gainditzen dute. Boro karburoak tenperatura altuko erresistentzia, azido eta alkali korrosioarekiko erresistentzia, erresistentzia handia, egonkortasun kimiko ona eta grabitate espezifiko baxua bezalako ezaugarriak ditu, eta horrek material berrien arlo askotan aplikazio zabalak izatea ahalbidetzen du.

Boro karburoaren aplikazio-eremu nagusiak eta ezaugarriak: (1) Defentsa-industrian aplikatzea: Boro karburoa material balistikoak fabrikatzeko erabiltzen da, hala nola txalekoen bala-babes plakak. Zeramikazko bolahegazkin militarren pilotuen kabinetako baldosa artifizialak, eta ibilgailu blindatu modernoetako eta tankeetako zeramikazko plaka balistikoak. Armagintza industrian, pistola eta kanoien toberak fabrikatzeko erabil daiteke. Gaur egun, Al₂THE₃Al2O3 oinarritutako zeramika antibalistikoak erabili dira '502 Proiektuan' eta '212 Proiektuan'. Hala ere, Al2O3 oinarritutako zeramikazko konpositezko blindajea ibilgailu blindatuen alboetan erabiltzean, pisua murrizteko efektua ez da esanguratsua. Aitzitik, errendimendu handiko boroa erabiltzean Karburo Zeramika Lodiera bereko armadura konposatuak % 15etik % 20ra murriztu dezake pisua, errendimendu balistika hobetuz. Hori dela eta, premiazkoa da errendimendu handiko eta kostu baxuko boro karburozko zeramika antibalistikoen eskaera, funtsezko ekipamenduen ingeniaritzarako zeramikazko armadura konposatuen garapenean. Errendimendu handiko eta kostu baxuko boro karburozko zeramikazko materialen garapenak eta aplikazioak nabarmen hobetu dezake lotutako armen errendimendu operatiboa eta onura militar eta ekonomiko nabarmenak eskaintzen ditu. Boro karburozko zeramikazko materialen aplikazio-norabideen artean daude: funtsezko ekipamenduen ingeniaritza, etorkizuneko gudu-tanke nagusiak, infanteriako borroka-ibilgailuak, aireko jaurtiketa-ibilgailuak eta beste ibilgailu blindatu arin batzuk, baita helikoptero armatuen sabelaldeko panelen eta itsasontzien goiko egituren blindaje-babesa ere.

(2) Aplikazioa Industria Nuklearrean: Boro karburoa erreaktore nuklearretarako kontrol-barrak, erregulazio-barrak, istripu-barrak, segurtasun-barrak eta babes-barrak egiteko erabiltzen da. Boro karburozko teilak, plakak edo neutroi-xurgatzaileak ekoizteko ere erabiltzen da (B kontzentrazio handiko materialarekin eginak).₁₀ (hauts edukia) erradiazio-babeserako, eta zementuarekin nahas daiteke erreaktoreen babes-geruzak eraikitzeko. Funtzio-osagai ezinbestekoa da, erregai nuklearreko elementuen atzetik bigarrena. Ezaugarriak: Boro karburoak neutroi kopuru handia xurga dezake isotopo erradioaktiborik sortu gabe, neutroi-xurgatzaile aproposa eta erreaktore nuklearren osagai nagusia bihurtuz energia nuklearra sortzeko arloan. Neutroi-xurgatzaileek batez ere fisio nuklearraren abiadura kontrolatzen dute, eta azalera handitzeko, hauts moduan ekoizten dira. Boro karburoak neutroien xurgapen-sekzio handia, xurgapen-energiaren espektro zabala, prezio baxua, lehengai-iturri ugariak eta λ izpien bigarren mailako erradiazio indartsu minimoa ditu neutroien xurgapenaren ondoren, hondakinak erraztuz. Ondorioz, boro karburoak neutroien xurgapen-material garrantzitsua da.

(3) Material errefraktarioen arloan erabilia: Boro karburoa antioxidatzaile gehigarri gisa erabiltzen da karbono gutxiko magnesio-karbono adreiluetan eta galdagarrietan. Altzairuaren industrian, tenperatura erresistentzia handia eta higadura erresistentzia behar duten eremu kritikoetan erabiltzen da, hala nola koilara, hari-irteera (tundish), irristatze-plaka eta tapoi-hagaxkak. Altzairuaren industriaren energia aurrezteko eta kontsumoa murrizteko eskaerekin eta karbono gutxiko altzairua eta karbono oso gutxiko altzairua urtzeko beharrarekin, gero eta arreta handiagoa jartzen ari dira bai barneko bai nazioarteko industrietatik errendimendu handiko karbono gutxiko magnesio-karbono adreiluen ikerketan eta garapenean (karbono edukia, oro har, % 8 baino txikiagoa izanik). Gaur egun, karbono gutxiko magnesio-karbono adreiluen erabilera-errendimendua hobetzen da batez ere lotura-karbono egitura hobetuz, magnesio-karbono adreiluen matrize-egitura optimizatuz eta antioxidatzaile eraginkorrak gehituz. Neurri horien artean, B4C maila industrialeko erabiltzeak, partzialki grafitizatutako karbono beltzarekin konbinatuta, karbono beltz grafitizatuzko hauts konposatu bat osatzeko, karbono iturri eta antioxidatzaile gisa karbono gutxiko magnesio-karbono adreiluen karbono-iturri gisa eta antioxidatzaile gisa, emaitza oso onak eman ditu. B gehitutako karbono gutxiko magnesio-karbono adreiluak₄C-k propietate fisiko konbentzional bikainak, oxidazio-erresistentzia eta talka termikoarekiko egonkortasun bikainak erakusten dituzte.

Ezaugarriak: Boro karburoak antioxidatzaile gisa jokatzen du karbonoa duten material errefraktarioetan, produktua trinkotu eta karbonoa duten material errefraktarioen barruko karbonoaren oxidazioa eragotzi dezakeena. Aldi berean, erreakzioak 1000 °C-tik 1250 °C-ra bitarteko tenperaturetan gertatzen dira, (9Al) kristal-egitura zutabedunak sortuz.₂THE₃•2B₂THE₃) errefraktarioen matrizearen eta hutsuneen barruan banatzen direnak. Prozesu honek porositatea murrizten du, tenperatura ertaineko erresistentzia hobetzen du eta sortutako kristal-bolumena zabaldu egiten da, bolumenaren uzkurdura sendatuz eta pitzadurak murriztuz.

(4) Beste ingeniaritza zeramikoetarako: Boro karburoa hareazko jaurtiketa makinetarako, presio handiko ur bidezko ebaketa makinetarako toberak, zigilatzeko eraztunak, zeramikazko moldeak eta beste aplikazio batzuetarako toberak fabrikatzeko erabiltzen da. Ezaugarriak: Boro karburo toberek gogortasun eta higadura erresistentzia handia dute, eta pixkanaka ordezkatuko dituzte aleazio gogor ezagunak (tungsteno altzairua), baita silizio karburoa, silizio nitruroa, aluminio oxidoa eta zirkonio oxidoa bezalako materialak ere. Gainera, boro karburoaren aplikazioa zeramika konposatuetan: Boro karburoa lotura kobalente oso sendoak eta plastizitate eskasa dituen konposatua da, eta erresistentzia handia du aleen mugarekiko, eta horrek zaildu egiten du gorputz sinterizatu trinkoak lortzea. Kasu berezi batzuk alde batera utzita, hala nola mikromorfo boro karburo gas dinamikoko errodamendu materialak eta erreaktore atomikoetan neutroi xurgatzaile gisa erabiltzen diren boro karburo blokeak, boro karburoaren sinterizazio portaeraren arazoa hobetzen da, oro har, sinterizazio laguntzaileekin, boro karburo produktu kostu-eraginkorragoak eta praktikoagoak lortzeko. Gainera, silizio karburo kopuru esanguratsu bat gehitzea boro karburoari material konposatuak sortzeko modu eraginkorra da sinterizazio dentsitatea hobetzeko. Silizio karburoak berak propietate mekaniko eta fisiko bikainak ditu, besteak beste, erresistentzia espezifiko handia, modulu espezifikoa, korrosioarekiko erresistentzia ona, talka termikoarekiko erresistentzia, dentsitate baxua eta hedapen termiko koefiziente baxua.

Gainera, taula periodikoan, Si B eta C-ren ondoan dago, eta horrek haien errendimendua nahiko antzekoa bihurtzen du. Bateragarritasun antzekoaren printzipioaren arabera, SiC-aren presentziak sinterizazio-difusioa hobetzen du eta boro karburoaren sinterizazioa sustatzen du. Silizio karburo zeramiken sinterizazioa aztertzen ari diren zientzialariek aurkitu dute silizio karburoari boro karburo kopuru egokia gehitzeak gorputz sinterizatu trinkoagoa ematen duela. Beraz, agerikoa da boro karburoak eta silizio karburoak elkarri hobetu diezaioketela dentsifikazio-prozesua sinterizazioan zehar. Aipagarria da, B₄C-SiC konposite zeramikoek boro karburo zeramiken sinterizazio baldintzak murriztu ditzakete, boro karburo zeramiken propietate fisiko eta mekaniko bikainak mantenduz. B₄C-SiC zeramikak tenperatura altuko korrosio eta higadura erresistenteak diren materialtzat hartzen dira, aplikazio aukera zabalekin, dagoeneko industria-toberetan, ponpa-zigiluetan eta estrusio beroko moldeetan erabiltzen direlako. Azken hamarkadetan, zientziaren eta teknologiaren garapen azkarrari esker, batez ere teknologia elektronikoan, espazio-teknologian eta ordenagailu-teknologian, propietate bereziak dituzten materialen premia handia sortu da. Baliabideetan ugariak diren, ekoizteko merkeak diren, fabrikatzeko errazak diren eta propietate berezi asko dituzten zeramika bereziak sortu dira, "zeramika unibertsal" titulua irabaziz eta XXI. mendeko material itxaropentsuenetako bat bihurtuz. Boro karburoa zeramika berezien familiako kide garrantzitsu bihurtu da bere propietate bikain askori esker. Gaur egun, boro karburo hautsa prestatzeko eta boro karburo zeramikoen sinterizazioari buruzko erronka askori arrakastaz heldu zaie. Etorkizuneko materialen arloan, zalantzarik gabe, boro karburoak posizio garrantzitsua izango du bere propietate bikainak direla eta.

(5) Industria-eremu orokorretan erabilia:

Boro karburoa soldadura gainazalaren higadura-erresistentzia hobetzeko kalitate handiko higadura-erresistentzia duten soldadura-hagaxkak erabiliz egiten da; artezketa eta leuntze-material gisa erabiltzen da, urarekin mozteko urratzaile gisa eta diamantezko urratzaileen zuzenketa-material gisa; bitxigintza-industrian zehaztasun handiko leuntzea eta artezketa. Ezaugarriak: Boro karburoa silizio karburoa edo tungsteno karburoa baino solido gogorragoa da, eta aspaldi erabili zen harea lodiko urratzaile gisa. Urtze-puntu altua duenez, ez da erraza artefaktuetan galdatzea, baina hautsa tenperatura altuetan urtuz, forma sinpleetan prozesatu daiteke eta karburoa, harribitxiak eta abar artezteko, artezteko, zulatzeko eta leuntzeko erabil daiteke.

(6) Boro karburoaren aplikazioen propietate elektrikoak:

Boro karburo-grafito termopareak grafito hodi bat, boro karburo haga bat eta bien artean dagoen boro nitruro buxin bat ditu. Gas geldoan eta hutsean, erabili 2200 °C-ko tenperaturak. 600~2200 °C artean, potentzial diferentzialak erlazio lineal ona du tenperaturarekin.

(7) Boro karburoaren aplikazioa lehengai kimiko gisa:

Boro karburo hautsa halogenoek aktibatzen dute eta altzairuaren eta beste aleazio batzuen boronizazio-agente gisa erabil daiteke, altzairuaren gainazalean boroa infiltratzeko eta burdin borurozko indargarri geruza meheen indarra eta higadura-erresistentzia sortzeko. Boro karburoa metalezko marruskadura-material batzuetarako gehigarri ez-metaliko gisa ere erabil daiteke. Boruro hautsa erredukzio-metodo kimikoaren bidez prestatzen denean, boro karburoa boro iturri gisa erabil daiteke TiB2, ZrB2, CrB2 eta beste hauts batzuk ekoizteko, eta horri "boro karburo metodoa" deitzen zaio hautsa prestatzeko.

(8) Boro karburoa zafirozko obleetan (LED):

Azken urteotan, herrialdeak LED industriari emandako babes eta sustapen sendoak LED industriaren garapen egoera hobetu du, eta horrela negozio aukera handiak ekarri dizkie zafiro kristalak ekoizten eta prozesatzen dituzten enpresei. Zafiro kristalaren erresistentzia eta gogortasun handia dela eta (Mohs gogortasuna 9), zailtasun handiak sortzen dizkie prozesatzeko enpresei. Materialen eta artezketa zientziaren ikuspegitik, zafiro kristalak prozesatu eta artezteko material onenak diamante artifiziala, boro karburoa eta silizea dira. Diamante artifizialaren gogortasuna altuegia denez (Mohs gogortasuna 10), gainazala urratuko du zafiro obleak arteztean, obleen argi transmisioan eragina izango du eta garestia da. Hala ere, silizearen gogortasuna ez da nahikoa (Mohs gogortasuna 7) eta artezketa indarra eskasa da artezketa prozesuan. Beraz, boro karburo urratzaileak (Mohs gogortasuna 9,3) dira zafiro kristalak prozesatu eta artezteko material aproposena. Boro karburo urratzaileek errendimendu bikaina dute zafiro obleak alde bikoitzean artezteko eta zafiroan oinarritutako LED epitaxial obleak mehetzeko eta leuntzeko. Herrialdeko unibertsitate garrantzitsu batzuek zafiro kristalak ehotzeko boro karburoari buruzko ikerketa garrantzitsuak ere badituzte. Laburbilduz, LED industriaren garapen azkarrarekin, boro karburoa ere azkar igoko da.

Laburbilduz, gizartearen, zientziaren eta teknologiaren garapenarekin, boro karburoaren aplikazio eremuak aurkitzen eta zabaltzen jarraituko dira, eta merkatuaren aplikazio aukerak zabalagoak izango dira.