O carboneto de boro é um cristal preto com brilho metálico, também conhecido como diamante negro, que pertence a materiais inorgânicos não metálicos.Atualmente, todos estão familiarizados com o material do carboneto de boro, o que pode ser devido à aplicação de armadura à prova de balas, pois possui a menor densidade entre os materiais cerâmicos, tem as vantagens de alto módulo de elasticidade e alta dureza, podendo atingir um bom aproveitamento. de microfratura para absorver projéteis.O efeito da energia, mantendo a carga o mais baixa possível.Mas, na verdade, o carboneto de boro tem muitas outras propriedades únicas, que podem fazer com que desempenhe um papel importante em abrasivos, materiais refratários, indústria nuclear, aeroespacial e outros campos.
Propriedades decarboneto de boro
Em termos de propriedades físicas, a dureza do carboneto de boro vem apenas depois do diamante e do nitreto cúbico de boro, e ainda pode manter alta resistência em altas temperaturas, o que pode ser usado como um material ideal resistente ao desgaste em altas temperaturas;a densidade do carboneto de boro é muito pequena (a densidade teórica é de apenas 2,52 g/ cm3), mais leve que os materiais cerâmicos comuns e pode ser usada no campo aeroespacial;o carboneto de boro tem uma forte capacidade de absorção de nêutrons, boa estabilidade térmica e um ponto de fusão de 2.450 ° C, por isso também é amplamente utilizado na indústria nuclear.A capacidade de absorção de nêutrons do nêutron pode ser melhorada pela adição de elementos B;materiais de carboneto de boro com morfologia e estrutura específicas também possuem propriedades fotoelétricas especiais;além disso, o carboneto de boro tem um alto ponto de fusão, alto módulo de elasticidade, baixo coeficiente de expansão e bom. Essas vantagens o tornam um material de aplicação potencial em muitos campos, como metalurgia, indústria química, máquinas, indústria aeroespacial e militar.Por exemplo, peças resistentes à corrosão e ao desgaste, fabricação de armaduras à prova de balas, hastes de controle de reatores e elementos termoelétricos, etc.
Em termos de propriedades químicas, o carboneto de boro não reage com ácidos, álcalis e a maioria dos compostos inorgânicos à temperatura ambiente, e dificilmente reage com gases oxigênio e halogênio à temperatura ambiente, e suas propriedades químicas são estáveis.Além disso, o pó de carboneto de boro é ativado pelo halogênio como agente de boretação do aço, e o boro é infiltrado na superfície do aço para formar uma película de boreto de ferro, aumentando assim a resistência e a resistência ao desgaste do material, e suas propriedades químicas são excelentes.
Todos sabemos que a natureza do material determina o uso, então em quais aplicações o pó de carboneto de boro tem excelente desempenho?Os engenheiros do centro de P&D deTecnologia UrbanMines.Co., Ltd. fez o seguinte resumo.
Aplicação decarboneto de boro
1. O carboneto de boro é usado como abrasivo de polimento
A aplicação de carboneto de boro como abrasivo é usada principalmente para retificação e polimento de safira.Entre os materiais superduros, a dureza do carboneto de boro é melhor que a do óxido de alumínio e do carboneto de silício, perdendo apenas para o diamante e o nitreto cúbico de boro.Safira é o material de substrato mais ideal para diodos emissores de luz (LEDs) semicondutores GaN / Al 2 O3, circuitos integrados de grande escala SOI e SOS e filmes de nanoestruturas supercondutores.A lisura da superfície é muito elevada e deve ser ultra-lisa. Sem grau de dano.Devido à alta resistência e alta dureza do cristal de safira (dureza Mohs 9), trouxe grandes dificuldades para as empresas de processamento.
Do ponto de vista dos materiais e da retificação, os melhores materiais para processamento e retificação de cristais de safira são diamante sintético, carboneto de boro, carboneto de silício e dióxido de silício.A dureza do diamante artificial é muito alta (dureza Mohs 10). Ao moer o wafer de safira, ele arranhará a superfície, afetará a transmissão de luz do wafer e o preço será caro;após o corte do carboneto de silício, a rugosidade RA é geralmente alta e o nivelamento é ruim;No entanto, a dureza da sílica não é suficiente (dureza Mohs 7) e a força de moagem é fraca, o que consome muito tempo e exige muita mão-de-obra no processo de moagem.Portanto, o abrasivo de carboneto de boro (dureza Mohs 9,3) tornou-se o material mais ideal para processamento e retificação de cristais de safira e tem excelente desempenho na retificação dupla-face de wafers de safira e no desbaste e polimento de wafers epitaxiais de LED à base de safira.
Vale ressaltar que quando o carboneto de boro estiver acima de 600 ° C, a superfície será oxidada em filme B2O3, o que irá amolecê-la até certo ponto, por isso não é adequado para retificação a seco em temperaturas muito altas em aplicações abrasivas, apenas adequado para polir moagem líquida.Porém, esta propriedade evita que o B4C seja ainda mais oxidado, fazendo com que tenha vantagens únicas na aplicação de materiais refratários.
2. Aplicação em materiais refratários
O carboneto de boro possui características de antioxidação e resistência a altas temperaturas.É geralmente usado como materiais refratários avançados com e sem formato e é amplamente utilizado em vários campos da metalurgia, como fogões de aço e móveis de fornos.
Com as necessidades de economia de energia e redução do consumo na indústria siderúrgica e na fundição de aço de baixo carbono e aço de ultrabaixo carbono, a pesquisa e desenvolvimento de tijolos de magnésia-carbono de baixo carbono (geralmente <8% de teor de carbono) com excelente desempenho tem atraído cada vez mais atenção das indústrias nacionais e estrangeiras.Atualmente, o desempenho dos tijolos de magnésia-carbono com baixo teor de carbono é geralmente melhorado melhorando a estrutura do carbono ligado, otimizando a estrutura da matriz dos tijolos de magnésia-carbono e adicionando antioxidantes de alta eficiência.Entre eles, é utilizado carbono grafitado composto de carboneto de boro de nível industrial e negro de fumo parcialmente grafitado.O pó composto preto, usado como fonte de carbono e antioxidante para tijolos de magnésia-carbono com baixo teor de carbono, obteve bons resultados.
Como o carboneto de boro amolece até certo ponto em altas temperaturas, ele pode ser fixado à superfície de outras partículas de material.Mesmo que o produto seja densificado, o filme de óxido B2O3 na superfície pode formar uma certa proteção e desempenhar um papel antioxidante.Ao mesmo tempo, como os cristais colunares gerados pela reação são distribuídos na matriz e nas lacunas do material refratário, a porosidade é reduzida, a resistência à temperatura média é melhorada e o volume dos cristais gerados se expande, o que pode curar o volume encolhimento e reduzir rachaduras.
3. Materiais à prova de balas usados para melhorar a defesa nacional
Devido à sua alta dureza, alta resistência, pequena gravidade específica e alto nível de resistência balística, o carboneto de boro está especialmente alinhado com a tendência de materiais leves à prova de balas.É o melhor material à prova de balas para proteção de aeronaves, veículos, armaduras e corpos humanos;atualmente,Alguns paísespropuseram pesquisas de blindagem antibalística de carboneto de boro de baixo custo, com o objetivo de promover o uso em larga escala de blindagem antibalística de carboneto de boro na indústria de defesa.
4. Aplicação na indústria nuclear
O carboneto de boro tem uma seção transversal de alta absorção de nêutrons e um amplo espectro de energia de nêutrons, e é reconhecido internacionalmente como o melhor absorvedor de nêutrons para a indústria nuclear.Entre eles, a seção térmica do isótopo boro-10 chega a 347×10-24 cm2, perdendo apenas para alguns elementos como gadolínio, samário e cádmio, e é um eficiente absorvedor térmico de nêutrons.Além disso, o carboneto de boro é rico em recursos, resistente à corrosão, boa estabilidade térmica, não produz isótopos radioativos e possui baixa energia de raios secundários, portanto, o carboneto de boro é amplamente utilizado como materiais de controle e materiais de proteção em reatores nucleares.
Por exemplo, na indústria nuclear, o reator resfriado a gás de alta temperatura usa um sistema de desligamento por esfera absorvente de boro como segundo sistema de desligamento.Em caso de acidente, quando o primeiro sistema de desligamento falha, o segundo sistema de desligamento utiliza um grande número de pellets de carboneto de boro Queda livre no canal da camada reflexiva do núcleo do reator, etc., para desligar o reator e realizar o frio desligamento, em que a esfera absorvente é uma esfera de grafite contendo carboneto de boro.A principal função do núcleo de carboneto de boro no reator resfriado a gás de alta temperatura é controlar a potência e a segurança do reator.O tijolo de carbono é impregnado com material absorvente de nêutrons de carboneto de boro, o que pode reduzir a irradiação de nêutrons do vaso de pressão do reator.
Atualmente, os materiais de boreto para reatores nucleares incluem principalmente os seguintes materiais: carboneto de boro (hastes de controle, hastes de blindagem), ácido bórico (moderador, refrigerante), aço boro (hastes de controle e materiais de armazenamento para combustível nuclear e resíduos nucleares), boro Európio (núcleo de material venenoso incinerável), etc.