Introdución e aplicación do carburo de boro

Nome en inglés: Carburo de boro

Sinónimos: B4-C, B4C, diamante negro, carburo de tetraboro

Número CAS: 12069-32-8

Número BINECS: 235-111-5

Número RTECS: ED7420000

MSDS: MSDS externa

Fórmula química: B4C

Peso molecular relativo: 55,26

Aspecto: Pó negro

Densidade: 2,52 g/cm3 (sólido)

Punto de fusión: 2450 °C

Punto de ebulición: 3500 °C

Estrutura cristalina: hexaedro romboidal

Dureza de Mohs: 9,36

Microdureza: 4950 kgf/mm2

Solubilidade en auga: insoluble

Propiedades físicas e constantes fisicoquímicas do carburo de boro: o carburo de boro prodúcese mediante a fusión a alta temperatura de ácido bórico e materiais de carbono nun forno eléctrico. Ten unha densidade teórica de 2,52 g/cm³, un punto de fusión de 2450 °C, unha microdureza de 4950 kgf/mm² e unha dureza Mohs de 9,3. A súa dureza só é superada polo diamante e o nitruro de boro cúbico. O carburo de boro posúe características como resistencia a altas temperaturas, resistencia á corrosión ácida e alcalina, alta resistencia, boa estabilidade química e baixa gravidade específica, o que leva ás súas amplas aplicacións en moitos campos de novos materiais.

Principais campos de aplicación e características do carburo de boro: (1) Aplicación na industria da defensa: o carburo de boro úsase para fabricar materiais balísticos, como placas antibalas en chalecos antibalas, Bola de cerámicatellas balísticas en cabinas de piloto de avións militares e placas balísticas cerámicas en vehículos blindados de transporte de persoal e tanques modernos. Na industria armamentística, pódese utilizar para fabricar boquillas para armas e canóns. Actualmente, Al₂O/A₃As cerámicas antibalísticas baseadas en Al2O3 foron aplicadas no "Proxecto 502" e no "Proxecto 212". Non obstante, ao usar blindaxe composta cerámica baseada en Al2O3 nos laterais dos vehículos blindados, o efecto de redución de peso non é significativo. En contraste, o uso de boro de alto rendemento Cerámica de carburo Unha blindaxe composta do mesmo grosor pode reducir o peso entre un 15 % e un 20 %, mellorando aínda máis o rendemento balístico. Polo tanto, existe unha demanda urxente de cerámicas antibalísticas de carburo de boro de alto rendemento e baixo custo no desenvolvemento de blindaxe composta cerámica para a enxeñaría de equipos clave. O desenvolvemento e a aplicación de materiais cerámicos balísticos de carburo de boro de alto rendemento e baixo custo poden mellorar significativamente o rendemento operativo do armamento relacionado e ofrecen beneficios militares e económicos substanciais. A dirección de aplicación dos materiais cerámicos balísticos de carburo de boro inclúe: enxeñaría de equipos clave, futuros tanques de batalla principais, vehículos de combate de infantería, vehículos de lanzamento aéreo e outros vehículos blindados lixeiros, así como protección de blindaxe para os paneis ventrais de helicópteros armados e as estruturas superiores de barcos.

(2) Aplicación na industria nuclear: o carburo de boro úsase para fabricar barras de control, barras de regulación, barras de accidentes, barras de seguridade e barras de blindaxe para reactores nucleares. Tamén se emprega na produción de tellas, placas ou absorbedores de neutróns de carburo de boro (fabricados con alta B₁₀ po de contido) para a protección contra a radiación e pódese mesturar con cemento para a construción de capas de blindaxe de reactores. É un compoñente funcional esencial, só superado polos elementos de combustible nuclear. Características: o carburo de boro pode absorber un gran número de neutróns sen formar ningún isótopo radioactivo, o que o converte nun absorbente de neutróns ideal, así como nun compoñente central dos reactores nucleares no campo da xeración de enerxía nuclear. Os absorbentes de neutróns controlan principalmente a taxa de fisión nuclear e, para aumentar a superficie, prodúcense en forma de po. O carburo de boro ten unha alta sección transversal de absorción de neutróns, un amplo espectro de enerxía de absorción, un prezo baixo, abundantes fontes de materias primas e unha mínima radiación secundaria de raios λ forte despois da absorción de neutróns, o que facilita a eliminación de residuos. En consecuencia, o carburo de boro representa un importante material de absorción de neutróns.

(3) Usado no campo dos materiais refractarios: o carburo de boro úsase como aditivo antioxidante en ladrillos e materiais fundidos de magnesio-carbono con baixo contido de carbono. Na industria siderúrxica, emprégase en áreas críticas que requiren alta resistencia á temperatura e á erosión, como cucharóns, saídas de roscado (artendeiras), placas deslizantes e varillas de tope. Coas demandas de aforro de enerxía e redución do consumo da industria siderúrxica e a necesidade de fundir aceiro con baixo contido de carbono e aceiro con baixo contido de carbono ultrabaixo, hai unha atención crecente tanto das industrias nacionais como internacionais á investigación e desenvolvemento de ladrillos de magnesio-carbono con baixo contido de carbono de alto rendemento (cun ​​contido de carbono xeralmente 4O C presenta excelentes propiedades físicas convencionais, resistencia á oxidación e estabilidade ao choque térmico.

Características: O carburo de boro actúa como antioxidante en materiais refractarios que conteñen carbono, o que pode densificar o produto e evitar a oxidación do carbono dentro dos materiais refractarios que o conteñen. Simultaneamente, as reaccións ocorren a temperaturas que oscilan entre os 1000 °C e os 1250 °C, xerando estruturas cristalinas columnares de (9 Al₂O/A₃•2B₂O/A₃) que se distribúen dentro da matriz e dos ocos dos materiais refractarios. Este proceso reduce a porosidade, mellora a resistencia a temperatura media e o volume cristalino xerado expándese, o que cura a contracción do volume e reduce as gretas.

(4) Para outros materiais cerámicos de enxeñaría: o carburo de boro úsase para fabricar boquillas para máquinas de chorro de area, boquillas para máquinas de corte con auga a alta presión, aneis de selado, moldes cerámicos e outras aplicacións. Características: as boquillas de carburo de boro teñen unha alta dureza e resistencia ao desgaste, o que substituirá gradualmente as aliaxes duras coñecidas (aceiro de tungsteno), así como materiais como o carburo de silicio, o nitruro de silicio, o óxido de aluminio e o óxido de circonio. Ademais, a aplicación do carburo de boro en cerámicas compostas: o carburo de boro é un composto con enlaces covalentes moi fortes e pouca plasticidade, e ten unha resistencia significativa ao movemento do límite de gran, o que dificulta a obtención de corpos sinterizados densos. Ademais dalgúns casos especiais, como os materiais de rolamento dinámicos de gas de carburo de boro micromorfo e os bloques de carburo de boro utilizados como absorbentes de neutróns en reactores atómicos, o problema do comportamento de sinterización do carburo de boro xeralmente mellórase engadindo axudas de sinterización para conseguir produtos de carburo de boro máis rendibles e prácticos. Ademais, engadir unha cantidade significativa de carburo de silicio ao carburo de boro para crear materiais compostos é unha forma eficaz de mellorar a densidade de sinterización. O carburo de silicio posúe excelentes propiedades mecánicas e físicas, incluíndo alta resistencia específica, módulo específico, boa resistencia á corrosión, resistencia ao choque térmico, baixa densidade e baixo coeficiente de expansión térmica.

Ademais, na táboa periódica, o Si é adxacente a B e C, o que fai que os seus comportamentos sexan bastante similares. De acordo co principio de compatibilidade similar, a presenza de SiC mellora a difusión da sinterización e promove a sinterización do carburo de boro. Os científicos que estudan a sinterización de cerámicas de carburo de silicio descubriron que engadir unha cantidade axeitada de carburo de boro ao carburo de silicio resulta nun corpo sinterizado máis denso. Polo tanto, é evidente que o carburo de boro e o carburo de silicio poden mellorar mutuamente o proceso de densificación durante a sinterización. En particular, B₄As cerámicas compostas C-SiC poden reducir as condicións de sinterización das cerámicas de carburo de boro, mantendo ao mesmo tempo as excelentes propiedades físicas e mecánicas das cerámicas de carburo de boro. B₄As cerámicas de C-SiC considéranse materiais resistentes á corrosión e ao desgaste a altas temperaturas con amplas perspectivas de aplicación, xa que atoparon uso en boquillas industriais, selos de bombas e moldes de extrusión en quente. Nas últimas décadas, debido ao rápido desenvolvemento da ciencia e a tecnoloxía, especialmente na tecnoloxía electrónica, a tecnoloxía espacial e a tecnoloxía informática, houbo unha necesidade urxente de materiais con propiedades especiais. Xurdiron cerámicas especiais, que son abundantes en recursos, baratas de producir, fáciles de fabricar e posúen moitas propiedades únicas, gañando o título de "cerámica universal" e converténdose nun dos materiais máis prometedores do século XXI. O carburo de boro converteuse nun membro importante da familia das cerámicas especiais debido ás súas moitas e excelentes propiedades. Actualmente, moitos dos desafíos relacionados coa preparación de po de carburo de boro e a sinterización de materiais cerámicos de carburo de boro foron abordados con éxito. No campo dos materiais futuros, o carburo de boro ocupará sen dúbida unha posición importante debido ás súas excepcionais propiedades.

(5) Usado en campos industriais xerais:

O carburo de boro está feito de varillas de soldadura resistentes ao desgaste de alta calidade para mellorar a resistencia ao desgaste da superficie de soldadura; Úsase como material de esmerilado e pulido, abrasivo para corte con auga e material corrector de abrasivo de diamante; Puído e esmerilado de alta precisión na industria da xoiería. Propiedades: O carburo de boro é un sólido máis duro que o carburo de silicio ou o carburo de tungsteno, e utilizouse como material abrasivo de area grosa hai moito tempo. Debido ao seu alto punto de fusión, non é doado de fundir en artefactos, pero ao fundir o po a altas temperaturas, pódese procesar en formas sinxelas e usar para esmerilar, esmerilar, perforar e pulir carburo, pedras preciosas, etc.

(6) Propiedades eléctricas das aplicacións do carburo de boro:

O termopar de carburo de boro-grafito consta dun tubo de grafito, unha varilla de carburo de boro e un casquillo de nitruro de boro entre os dous. En gas inerte e no baleiro, use temperaturas de ata 2200 °C. Entre 600 e 2200 °C, a diferenza de potencial ten unha boa relación lineal coa temperatura.

(7) Aplicación do carburo de boro como materia prima química:

O po de carburo de boro actívase con halóxenos e pódese empregar como axente boronizante para aceiro e outras aliaxes para infiltrar boro na superficie do aceiro e xerar a resistencia ao desgaste de capas finas de reforzo de boruro de ferro. O carburo de boro tamén se pode empregar como aditivo non metálico para algúns materiais de fricción a base de metal. Cando o po de boruro se prepara mediante o método de redución química, o carburo de boro pódese empregar como fonte de boro para producir TiB2, ZrB2, CrB2 e outros pos, o que se denomina "método do carburo de boro" para a preparación de po.

(8) Carburo de boro en obleas de zafiro (LED):

Nos últimos anos, o forte apoio e promoción do país á industria LED mellorou a situación de desenvolvemento da industria LED, o que supón grandes oportunidades de negocio para as empresas que producen e procesan cristais de zafiro. Debido á alta resistencia e dureza do cristal de zafiro (dureza Mohs 9), isto supón grandes dificultades para as empresas de procesamento. Desde a perspectiva dos materiais e da ciencia da moenda, os mellores materiais para o procesamento e a moenda de cristais de zafiro son o diamante artificial, o carburo de boro e a sílice. Debido a que a dureza do diamante artificial é demasiado alta (dureza Mohs 10), raiará a superficie ao moer obleas de zafiro, afectará á transmisión da luz das obleas e é caro. Non obstante, a dureza da sílice non é suficiente (dureza Mohs 7) e a forza de moenda é deficiente no proceso de moenda. Polo tanto, os abrasivos de carburo de boro (dureza Mohs 9,3) son o material máis ideal para o procesamento e a moenda de cristais de zafiro. Os abrasivos de carburo de boro teñen un excelente rendemento na moenda de dobre cara de obleas de zafiro e no adelgazamento e pulido de obleas epitaxiais de LED baseadas en zafiro. Algunhas universidades clave do país tamén levan a cabo importantes investigacións sobre o carburo de boro na moenda de cristais de zafiro. En resumo, co rápido desenvolvemento da industria dos LED, o carburo de boro tamén aumentará rapidamente.

En resumo, co desenvolvemento da sociedade, da ciencia e da tecnoloxía, os campos de aplicación do carburo de boro seguirán descubríndose e ampliándose, e as perspectivas de aplicación no mercado serán máis amplas.