Il carburo di boro è un cristallo nero con lucentezza metallica, noto anche come diamante nero, che appartiene ai materiali inorganici non metallici.Al momento, tutti hanno familiarità con il materiale del carburo di boro, che potrebbe essere dovuto all'applicazione di armature antiproiettile, perché ha la densità più bassa tra i materiali ceramici, presenta i vantaggi di un elevato modulo elastico e di un'elevata durezza e può ottenere un buon utilizzo di microfrattura per assorbire i proiettili.L'effetto dell'energia, mantenendo il carico il più basso possibile.Ma in realtà, il carburo di boro ha molte altre proprietà uniche, che possono fargli svolgere un ruolo importante negli abrasivi, nei materiali refrattari, nell'industria nucleare, nell'aerospaziale e in altri campi.
Proprietà dicarburo di boro
In termini di proprietà fisiche, la durezza del carburo di boro è solo dopo quella del diamante e del nitruro di boro cubico e può comunque mantenere un'elevata resistenza alle alte temperature, che può essere utilizzata come materiale ideale resistente all'usura ad alta temperatura;la densità del carburo di boro è molto ridotta (la densità teorica è di soli 2,52 g/cm3), più leggera dei comuni materiali ceramici, e può essere utilizzata in campo aerospaziale;il carburo di boro ha una forte capacità di assorbimento dei neutroni, una buona stabilità termica e un punto di fusione di 2450 ° C, quindi è ampiamente utilizzato anche nell'industria nucleare.La capacità di assorbimento del neutrone può essere ulteriormente migliorata aggiungendo elementi B;i materiali in carburo di boro con morfologia e struttura specifiche hanno anche proprietà fotoelettriche speciali;inoltre, il carburo di boro ha un punto di fusione elevato, un modulo elastico elevato, un basso coefficiente di espansione e un buon coefficiente di espansione. Questi vantaggi lo rendono un potenziale materiale applicativo in molti campi come la metallurgia, l'industria chimica, i macchinari, l'industria aerospaziale e militare.Ad esempio, parti resistenti alla corrosione e all'usura, realizzazione di armature antiproiettile, barre di controllo del reattore ed elementi termoelettrici, ecc.
In termini di proprietà chimiche, il carburo di boro non reagisce con acidi, alcali e la maggior parte dei composti inorganici a temperatura ambiente, difficilmente reagisce con ossigeno e gas alogeni a temperatura ambiente e le sue proprietà chimiche sono stabili.Inoltre, la polvere di carburo di boro viene attivata dall'alogeno come agente bororizzante dell'acciaio e il boro viene infiltrato sulla superficie dell'acciaio per formare una pellicola di boruro di ferro, migliorando così la robustezza e la resistenza all'usura del materiale e le sue proprietà chimiche sono eccellenti.
Sappiamo tutti che la natura del materiale ne determina l'uso, quindi in quali applicazioni la polvere di carburo di boro ha prestazioni eccezionali?Gli ingegneri del centro R&D diTecnologia UrbanMines.Co., Ltd. ha redatto il seguente riassunto.
Applicazione dicarburo di boro
1. Il carburo di boro viene utilizzato come abrasivo lucidante
L'applicazione del carburo di boro come abrasivo viene utilizzata principalmente per la molatura e la lucidatura dello zaffiro.Tra i materiali superduri, la durezza del carburo di boro è migliore di quella dell'ossido di alluminio e del carburo di silicio, seconda solo al diamante e al nitruro di boro cubico.Lo zaffiro è il materiale di substrato più ideale per diodi emettitori di luce (LED) GaN/Al 2 O3 semiconduttori, circuiti integrati su larga scala SOI e SOS e pellicole nanostrutturali superconduttrici.La levigatezza della superficie è molto elevata e deve essere ultraliscia. Nessun grado di danneggiamento.A causa dell'elevata resistenza e dell'elevata durezza del cristallo di zaffiro (durezza Mohs 9), ha causato grandi difficoltà alle imprese di trasformazione.
Dal punto di vista dei materiali e della macinazione, i migliori materiali per la lavorazione e la macinazione dei cristalli di zaffiro sono il diamante sintetico, il carburo di boro, il carburo di silicio e il biossido di silicio.La durezza del diamante artificiale è troppo elevata (durezza Mohs 10) quando si macina il wafer di zaffiro, graffierà la superficie, influenzerà la trasmissione della luce del wafer e il prezzo è costoso;dopo il taglio del carburo di silicio, la rugosità RA è solitamente elevata e la planarità è scarsa;Tuttavia, la durezza della silice non è sufficiente (durezza Mohs 7) e la forza di macinazione è scarsa, il che richiede tempo e manodopera nel processo di macinazione.Pertanto, l'abrasivo in carburo di boro (durezza Mohs 9,3) è diventato il materiale ideale per la lavorazione e la macinazione dei cristalli di zaffiro e offre prestazioni eccellenti nella rettifica su due lati dei wafer di zaffiro e nell'assottigliamento e nella lucidatura dei wafer epitassiali LED a base di zaffiro.
Vale la pena ricordare che quando il carburo di boro è superiore a 600 ° C, la superficie verrà ossidata in una pellicola di B2O3, che la ammorbidirà in una certa misura, quindi non è adatta per la rettifica a secco a temperature troppo elevate in applicazioni abrasive, adatta solo per lucidare la macinatura liquida.Tuttavia, questa proprietà impedisce al B4C di ossidarsi ulteriormente, conferendogli vantaggi unici nell'applicazione di materiali refrattari.
2. Applicazione in materiali refrattari
Il carburo di boro ha le caratteristiche di antiossidazione e resistenza alle alte temperature.È generalmente utilizzato come materiale refrattario avanzato sagomato e non sagomato ed è ampiamente utilizzato in vari campi della metallurgia, come stufe in acciaio e mobili per forni.
Con le esigenze di risparmio energetico e riduzione dei consumi nell'industria siderurgica e nella fusione di acciaio a basso e bassissimo tenore di carbonio, la ricerca e lo sviluppo di mattoni in magnesia-carbonio a basso contenuto di carbonio (generalmente <8% di contenuto di carbonio) con prestazioni eccellenti ha attirato sempre più attenzione da parte delle industrie nazionali ed estere.Allo stato attuale, le prestazioni dei mattoni magnesia-carbonio a basso contenuto di carbonio sono generalmente migliorate migliorando la struttura del carbonio legato, ottimizzando la struttura della matrice dei mattoni magnesia-carbonio e aggiungendo antiossidanti ad alta efficienza.Tra questi, viene utilizzato carbonio grafitizzato composto da carburo di boro di tipo industriale e nerofumo parzialmente grafitizzato.La polvere composita nera, utilizzata come fonte di carbonio e antiossidante per mattoni magnesia-carbonio a basso contenuto di carbonio, ha ottenuto buoni risultati.
Poiché il carburo di boro si ammorbidisce in una certa misura ad alta temperatura, può attaccarsi alla superficie di altre particelle di materiale.Anche se il prodotto è addensato, la pellicola di ossido B2O3 sulla superficie può formare una certa protezione e svolgere un ruolo antiossidante.Allo stesso tempo, poiché i cristalli colonnari generati dalla reazione sono distribuiti nella matrice e negli spazi vuoti del materiale refrattario, la porosità viene ridotta, la resistenza alla temperatura media viene migliorata e il volume dei cristalli generati si espande, il che può guarire il volume restringimento e riduzione delle crepe.
3. Materiali antiproiettile utilizzati per migliorare la difesa nazionale
Grazie alla sua elevata durezza, elevata resistenza, basso peso specifico e alto livello di resistenza balistica, il carburo di boro è particolarmente in linea con la tendenza dei materiali antiproiettile leggeri.È il miglior materiale antiproiettile per la protezione di aerei, veicoli, armature e corpi umani;attualmente,Alcuni paesihanno proposto una ricerca a basso costo sulle armature antibalistiche in carburo di boro, con l'obiettivo di promuovere l'uso su larga scala delle armature antibalistiche in carburo di boro nell'industria della difesa.
4. Applicazione nell'industria nucleare
Il carburo di boro ha un'elevata sezione trasversale di assorbimento dei neutroni e un ampio spettro energetico dei neutroni ed è riconosciuto a livello internazionale come il miglior assorbitore di neutroni per l'industria nucleare.Tra questi, la sezione termica dell'isotopo del boro-10 arriva a 347×10-24 cm2, seconda solo a pochi elementi come gadolinio, samario e cadmio, ed è un efficiente assorbitore di neutroni termici.Inoltre, il carburo di boro è ricco di risorse, resistente alla corrosione, buona stabilità termica, non produce isotopi radioattivi e ha una bassa energia dei raggi secondari, quindi il carburo di boro è ampiamente utilizzato come materiali di controllo e materiali di schermatura nei reattori nucleari.
Ad esempio, nell'industria nucleare, il reattore raffreddato a gas ad alta temperatura utilizza un sistema di arresto con sfere di assorbimento di boro come secondo sistema di arresto.In caso di incidente, quando il primo sistema di spegnimento si guasta, il secondo sistema di spegnimento utilizza un gran numero di pellet di carburo di boro Caduta libera nel canale dello strato riflettente del nocciolo del reattore, ecc., per spegnere il reattore e realizzare il freddo arresto, in cui la sfera assorbente è una sfera di grafite contenente carburo di boro.La funzione principale del nucleo di carburo di boro nel reattore raffreddato a gas ad alta temperatura è controllare la potenza e la sicurezza del reattore.Il mattone di carbonio è impregnato di materiale assorbente di neutroni al carburo di boro, che può ridurre l'irradiazione neutronica del recipiente a pressione del reattore.
Attualmente, i materiali di boruro per i reattori nucleari comprendono principalmente i seguenti materiali: carburo di boro (barre di controllo, barre di schermatura), acido borico (moderatore, refrigerante), acciaio al boro (barre di controllo e materiali di stoccaggio per combustibile nucleare e scorie nucleari), boro europio (materiale velenoso bruciabile nel nucleo), ecc.