¿Para qué se utiliza el polvo de carburo de boro?

Carburo de boro Es un cristal negro con brillo metálico, también conocido como diamante negro, que pertenece a los materiales inorgánicos no metálicos. En la actualidad, todo el mundo está familiarizado con el material de carburo de boro, lo que puede deberse a la aplicación de armadura antibalas, porque tiene la densidad más baja entre los materiales cerámicos, tiene las ventajas de un alto módulo elástico y una alta dureza, y puede lograr un buen uso. de microfractura para absorber proyectiles. El efecto de la energía, manteniendo la carga lo más baja posible. Pero, de hecho, el carburo de boro tiene muchas otras propiedades únicas, que pueden hacer que desempeñe un papel importante en los campos abrasivos, materiales refractarios, industria nuclear, aeroespacial y otros.

Propiedades del carburo de boro

En términos de propiedades físicas, la dureza del carburo de boro es solo posterior al diamante y al nitruro de boro cúbico, y aún puede mantener una alta resistencia a altas temperaturas, lo que puede usarse como un material ideal resistente al desgaste a altas temperaturas; la densidad del carburo de boro es muy pequeña (la densidad teórica es de sólo 2,52 g/cm3), más ligera que los materiales cerámicos ordinarios y puede utilizarse en el campo aeroespacial; El carburo de boro tiene una gran capacidad de absorción de neutrones, buena estabilidad térmica y un punto de fusión de 2450 ° C, por lo que también se utiliza ampliamente en la industria nuclear. La capacidad de absorción de neutrones del neutrón se puede mejorar aún más agregando elementos B; los materiales de carburo de boro con morfología y estructura específicas también tienen propiedades fotoeléctricas especiales; Además, el carburo de boro tiene un alto punto de fusión, un alto módulo elástico, un bajo coeficiente de expansión y buenas propiedades. Estas ventajas lo convierten en un material de aplicación potencial en muchos campos como la metalurgia, la industria química, la maquinaria, la industria aeroespacial y militar. Por ejemplo, piezas resistentes a la corrosión y al desgaste, fabricación de armaduras antibalas, barras de control de reactores y elementos termoeléctricos, etc.

En términos de propiedades químicas, el carburo de boro no reacciona con ácidos, álcalis y la mayoría de los compuestos inorgánicos a temperatura ambiente, apenas reacciona con oxígeno y gases halógenos a temperatura ambiente, y sus propiedades químicas son estables. Además, el polvo de carburo de boro se activa mediante halógeno como agente de borrado del acero, y el boro se infiltra en la superficie del acero para formar una película de boruro de hierro, mejorando así la resistencia al desgaste del material, y sus propiedades químicas son excelentes.

Todos sabemos que la naturaleza del material determina el uso, entonces, ¿en qué aplicaciones el polvo de carburo de boro tiene un rendimiento sobresaliente? Los ingenieros del centro de I+D de UrbanMines Tech. Co., Ltd. hizo el siguiente resumen.

Aplicación de carburo de boro

1. El carburo de boro se utiliza como abrasivo de pulido.

La aplicación de carburo de boro como abrasivo se utiliza principalmente para esmerilar y pulir zafiro. Entre los materiales superduros, la dureza del carburo de boro es mejor que la del óxido de aluminio y el carburo de silicio, sólo superada por el diamante y el nitruro de boro cúbico. El zafiro es el material de sustrato más ideal para diodos emisores de luz (LED) semiconductores GaN/Al 2 O3, circuitos integrados SOI y SOS a gran escala y películas de nanoestructuras superconductoras. La lisura de la superficie es muy alta y debe ser ultralisa sin grado de daño. Debido a la alta resistencia y dureza del cristal de zafiro (dureza Mohs 9), ha traído grandes dificultades a las empresas de procesamiento.

Desde la perspectiva de los materiales y el rectificado, los mejores materiales para procesar y rectificar cristales de zafiro son el diamante sintético, el carburo de boro, el carburo de silicio y el dióxido de silicio. La dureza del diamante artificial es demasiado alta (dureza de Mohs 10). Al moler la oblea de zafiro, rayará la superficie, afectará la transmisión de luz de la oblea y el precio es caro; después de cortar carburo de silicio, la rugosidad RA suele ser alta y la planitud es pobre; Sin embargo, la dureza de la sílice no es suficiente (dureza de Mohs 7) y la fuerza de molienda es deficiente, lo que requiere mucho tiempo y mano de obra en el proceso de molienda. Por lo tanto, el abrasivo de carburo de boro (dureza Mohs 9,3) se ha convertido en el material más ideal para procesar y moler cristales de zafiro, y tiene un rendimiento excelente en el molido de doble cara de obleas de zafiro y en el adelgazamiento y pulido posterior de obleas epitaxiales LED a base de zafiro.

Vale la pena mencionar que cuando el carburo de boro está por encima de 600 ° C, la superficie se oxidará formando una película de B2O3, lo que la ablandará hasta cierto punto, por lo que no es adecuado para esmerilado en seco a temperaturas demasiado altas en aplicaciones abrasivas, solo adecuado Para pulir molido líquido. Sin embargo, esta propiedad evita que el B4C se oxide aún más, lo que le confiere ventajas únicas en la aplicación de materiales refractarios.

2. Aplicación en materiales refractarios

El carburo de boro tiene las características de antioxidación y resistencia a altas temperaturas. Generalmente se utiliza como materiales refractarios avanzados con y sin forma y se usa ampliamente en diversos campos de la metalurgia, como estufas de acero y muebles de horno.

Con las necesidades de ahorro de energía y reducción del consumo en la industria siderúrgica y la fundición de acero con bajo contenido de carbono y acero con contenido ultra bajo de carbono, la investigación y el desarrollo de ladrillos de magnesia-carbono con bajo contenido de carbono (generalmente <8% de contenido de carbono) con excelente desempeño ha atraído cada vez más atención de las industrias nacionales y extranjeras. En la actualidad, el rendimiento de los ladrillos de magnesia-carbono con bajo contenido de carbono generalmente mejora mejorando la estructura del carbono adherido, optimizando la estructura de la matriz de los ladrillos de magnesia-carbono y agregando antioxidantes de alta eficiencia. Entre ellos, se utiliza carbón grafitado compuesto de carburo de boro de calidad industrial y negro de humo parcialmente grafitizado. El polvo compuesto negro, utilizado como fuente de carbono y antioxidante para ladrillos de magnesia y carbono con bajo contenido de carbono, ha logrado buenos resultados.

Dado que el carburo de boro se ablanda hasta cierto punto a altas temperaturas, se puede adherir a la superficie de otras partículas de material. Incluso si el producto se densifica, la película de óxido B2O3 en la superficie puede formar una cierta protección y desempeñar un papel antioxidante. Al mismo tiempo, debido a que los cristales columnares generados por la reacción se distribuyen en la matriz y los espacios del material refractario, se reduce la porosidad, se mejora la resistencia a la temperatura media y el volumen de los cristales generados se expande, lo que puede curar el volumen. encoge y reduce las grietas.

3. Materiales a prueba de balas utilizados para mejorar la defensa nacional.

Debido a su alta dureza, alta resistencia, pequeña gravedad específica y alto nivel de resistencia balística, el carburo de boro está especialmente en línea con la tendencia de materiales livianos a prueba de balas. Es el mejor material a prueba de balas para la protección de aeronaves, vehículos, blindajes y cuerpos humanos; Actualmente, algunos países han propuesto una investigación de armaduras antibalísticas de carburo de boro de bajo costo, con el objetivo de promover el uso a gran escala de armaduras antibalísticas de carburo de boro en la industria de defensa.

4. Aplicación en la industria nuclear

El carburo de boro tiene una alta sección transversal de absorción de neutrones y un amplio espectro de energía de neutrones, y es reconocido internacionalmente como el mejor absorbente de neutrones para la industria nuclear. Entre ellos, la sección térmica del isótopo boro-10 llega a 347×10-24 cm2, sólo superada por unos pocos elementos como el gadolinio, el samario y el cadmio, y es un eficiente absorbente de neutrones térmicos. Además, el carburo de boro es rico en recursos, resistente a la corrosión, tiene buena estabilidad térmica, no produce isótopos radiactivos y tiene baja energía de rayos secundarios, por lo que el carburo de boro se usa ampliamente como materiales de control y materiales de protección en reactores nucleares.

Por ejemplo, en la industria nuclear, el reactor refrigerado por gas de alta temperatura utiliza un sistema de parada con bola absorbente de boro como segundo sistema de parada. En caso de accidente, cuando falla el primer sistema de parada, el segundo sistema de parada utiliza una gran cantidad de bolitas de carburo de boro que caen libremente en el canal de la capa reflectante del núcleo del reactor, etc., para apagar el reactor y realizar frío. parada, en el que la bola absorbente es una bola de grafito que contiene carburo de boro. La función principal del núcleo de carburo de boro en el reactor refrigerado por gas de alta temperatura es controlar la potencia y la seguridad del reactor. El ladrillo de carbono está impregnado con un material absorbente de neutrones de carburo de boro, que puede reducir la irradiación de neutrones de la vasija de presión del reactor.

En la actualidad, los materiales de boruro para reactores nucleares incluyen principalmente los siguientes materiales: carburo de boro (barras de control, barras de protección), ácido bórico (moderador, refrigerante), acero al boro (barras de control y materiales de almacenamiento para combustible nuclear y desechos nucleares), boro europio. (material venenoso quemable en el núcleo), etc.