Mae carbid boron yn grisial du gyda luster metelaidd, a elwir hefyd yn diemwnt du, sy'n perthyn i ddeunyddiau anfetelaidd anorganig.Ar hyn o bryd, mae pawb yn gyfarwydd â deunydd boron carbid, a all fod oherwydd cymhwyso arfwisg bwled, oherwydd bod ganddo'r dwysedd isaf ymhlith deunyddiau ceramig, mae ganddo fanteision modwlws elastig uchel a chaledwch uchel, a gall gyflawni defnydd da. o dorri asgwrn micro i amsugno taflegrau.Effaith ynni, tra'n cadw'r llwyth mor isel â phosib.Ond mewn gwirionedd, mae gan boron carbid lawer o briodweddau unigryw eraill, a all wneud iddo chwarae rhan bwysig mewn sgraffinyddion, deunyddiau anhydrin, diwydiant niwclear, awyrofod a meysydd eraill.
Priodweddauboron carbid
O ran priodweddau ffisegol, dim ond ar ôl nitrid boron diemwnt a ciwbig y mae caledwch carbid boron, a gall barhau i gynnal cryfder uchel ar dymheredd uchel, y gellir ei ddefnyddio fel deunydd delfrydol sy'n gwrthsefyll traul ar dymheredd uchel;mae dwysedd carbid boron yn fach iawn (dim ond 2.52 g / cm3 yw dwysedd damcaniaethol), yn ysgafnach na deunyddiau ceramig cyffredin, a gellir ei ddefnyddio yn y maes awyrofod;Mae gan boron carbid allu amsugno niwtron cryf, sefydlogrwydd thermol da, a phwynt toddi o 2450 ° C, felly fe'i defnyddir yn eang hefyd yn y diwydiant niwclear.Gellir gwella gallu amsugno niwtron ymhellach trwy ychwanegu elfennau B;Mae gan ddeunyddiau boron carbid gyda morffoleg a strwythur penodol hefyd briodweddau ffotodrydanol arbennig;yn ogystal, mae carbid boron ymdoddbwynt uchel, modwlws elastig uchel, cyfernod ehangu isel a da Mae'r manteision hyn yn ei gwneud yn ddeunydd cais posibl mewn llawer o feysydd megis meteleg, diwydiant cemegol, peiriannau, awyrofod a diwydiant milwrol.Er enghraifft, rhannau sy'n gwrthsefyll cyrydiad ac sy'n gwrthsefyll traul, gan wneud arfwisg gwrth-bwled, rhodenni rheoli adweithydd ac elfennau thermodrydanol, ac ati.
O ran priodweddau cemegol, nid yw boron carbid yn adweithio ag asidau, alcalïau a'r rhan fwyaf o gyfansoddion anorganig ar dymheredd yr ystafell, ac yn anaml yn adweithio â nwyon ocsigen a halogen ar dymheredd ystafell, ac mae ei briodweddau cemegol yn sefydlog.Yn ogystal, mae powdr boron carbid yn cael ei actifadu gan halogen fel asiant diflas dur, ac mae boron yn cael ei ymdreiddio ar wyneb dur i ffurfio ffilm borid haearn, a thrwy hynny wella cryfder a gwrthiant gwisgo'r deunydd, ac mae ei briodweddau cemegol yn rhagorol.
Gwyddom i gyd mai natur y deunydd sy'n pennu'r defnydd, felly ym mha gymwysiadau mae gan bowdr boron carbid berfformiad rhagorol?Mae peirianwyr y ganolfan ymchwil a datblygu oMwyngloddiau Trefol Tech.Gwnaeth Co, Ltd y crynodeb canlynol.
Cymhwysiad oboron carbid
1. Defnyddir carbid boron fel sgraffinio caboli
Defnyddir carbid boron fel sgraffiniad yn bennaf ar gyfer malu a chaboli saffir.Ymhlith deunyddiau caled iawn, mae caledwch carbid boron yn well na chaledwch alwminiwm ocsid a charbid silicon, yn ail yn unig i nitrid boron diemwnt a chiwbig.Sapphire yw'r deunydd swbstrad mwyaf delfrydol ar gyfer deuodau allyrru golau lled-ddargludyddion GaN/Al 2 O3 (LEDs), cylchedau integredig ar raddfa fawr SOI a SOS, a ffilmiau nanostrwythur uwch-ddargludol.Mae llyfnder yr arwyneb yn uchel iawn a rhaid iddo fod yn llyfn iawn Dim rhywfaint o ddifrod.Oherwydd cryfder uchel a chaledwch uchel grisial saffir (caledwch Mohs 9), mae wedi dod ag anawsterau mawr i fentrau prosesu.
O safbwynt deunyddiau a malu, y deunyddiau gorau ar gyfer prosesu a malu crisialau saffir yw diemwnt synthetig, carbid boron, carbid silicon, a silicon deuocsid.Mae caledwch diemwnt artiffisial yn rhy uchel (caledwch Mohs 10) wrth falu'r wafer saffir, bydd yn crafu'r wyneb, yn effeithio ar drosglwyddiad ysgafn y wafer, ac mae'r pris yn ddrud;ar ôl torri silicon carbid, mae'r garwedd RA fel arfer yn uchel ac mae'r gwastadrwydd yn wael;Fodd bynnag, nid yw caledwch silica yn ddigon (caledwch Mohs 7), ac mae'r grym malu yn wael, sy'n cymryd llawer o amser ac yn llafurddwys yn y broses malu.Felly, mae sgraffiniad boron carbid (caledwch Mohs 9.3) wedi dod yn ddeunydd mwyaf delfrydol ar gyfer prosesu a malu crisialau saffir, ac mae ganddo berfformiad rhagorol mewn malu dwy ochr o wafferi saffir a theneuo cefn a sgleinio wafferi epitaxial LED seiliedig ar saffir.
Mae'n werth nodi, pan fydd carbid boron yn uwch na 600 ° C, bydd yr wyneb yn cael ei ocsideiddio i ffilm B2O3, a fydd yn ei feddalu i raddau, felly nid yw'n addas ar gyfer malu sych ar dymheredd rhy uchel mewn cymwysiadau sgraffiniol, dim ond yn addas ar gyfer sgleinio llifanu hylif.Fodd bynnag, mae'r eiddo hwn yn atal B4C rhag cael ei ocsideiddio ymhellach, gan wneud iddo gael manteision unigryw wrth gymhwyso deunyddiau anhydrin.
2. Cais mewn deunyddiau anhydrin
Mae gan carbid boron nodweddion gwrth-ocsidiad a gwrthiant tymheredd uchel.Fe'i defnyddir yn gyffredinol fel deunyddiau anhydrin siâp datblygedig a heb eu siâp ac fe'i defnyddir yn eang mewn amrywiol feysydd meteleg, megis stofiau dur a dodrefn odyn.
Gydag anghenion arbed ynni a lleihau defnydd yn y diwydiant haearn a dur a mwyndoddi dur carbon isel a dur carbon isel iawn, ymchwilio a datblygu brics magnesia-carbon carbon isel (yn gyffredinol cynnwys carbon <8%) gyda pherfformiad rhagorol wedi denu mwy a mwy o sylw gan ddiwydiannau domestig a thramor.Ar hyn o bryd, mae perfformiad brics magnesia-carbon carbon isel yn cael ei wella'n gyffredinol trwy wella'r strwythur carbon bondio, optimeiddio strwythur matrics brics magnesia-carbon, ac ychwanegu gwrthocsidyddion effeithlonrwydd uchel.Yn eu plith, defnyddir carbon wedi'i graffiteiddio sy'n cynnwys carbid boron gradd ddiwydiannol a charbon du wedi'i graffiteiddio'n rhannol.Mae powdr cyfansawdd du, a ddefnyddir fel ffynhonnell carbon a gwrthocsidydd ar gyfer brics magnesia-carbon carbon isel, wedi cyflawni canlyniadau da.
Gan y bydd carbid boron yn meddalu i raddau ar dymheredd uchel, gellir ei gysylltu ag wyneb gronynnau materol eraill.Hyd yn oed os yw'r cynnyrch wedi'i ddwysáu, gall y ffilm ocsid B2O3 ar yr wyneb ffurfio amddiffyniad penodol a chwarae rôl gwrth-ocsidiad.Ar yr un pryd, oherwydd bod y crisialau colofnol a gynhyrchir gan yr adwaith yn cael eu dosbarthu ym matrics a bylchau'r deunydd gwrthsafol, mae'r mandylledd yn cael ei leihau, mae cryfder tymheredd canolig yn cael ei wella, ac mae cyfaint y crisialau a gynhyrchir yn ehangu, a all wella cyfaint crebachu a lleihau craciau.
3. Deunyddiau gwrth-fwled a ddefnyddir i wella amddiffyniad cenedlaethol
Oherwydd ei galedwch uchel, cryfder uchel, disgyrchiant penodol bach, a lefel uchel o wrthwynebiad balistig, mae carbid boron yn arbennig yn unol â thueddiad deunyddiau gwrth-bwledi ysgafn.Dyma'r deunydd gwrth-fwled gorau ar gyfer amddiffyn awyrennau, cerbydau, arfwisgoedd a chyrff dynol;ar hyn o bryd,Rhai gwledyddwedi cynnig ymchwil arfwisg gwrth-balistig boron carbid cost isel, gyda'r nod o hyrwyddo'r defnydd ar raddfa fawr o arfwisg gwrth-balistig boron carbid yn y diwydiant amddiffyn.
4. Cymhwysiad mewn diwydiant niwclear
Mae gan boron carbid drawstoriad amsugno niwtronau uchel a sbectrwm ynni niwtron eang, ac mae'n cael ei gydnabod yn rhyngwladol fel yr amsugnwr niwtron gorau ar gyfer y diwydiant niwclear.Yn eu plith, mae adran thermol isotop boron-10 mor uchel â 347 × 10-24 cm2, yn ail yn unig i ychydig o elfennau fel gadolinium, samarium, a chadmiwm, ac mae'n amsugnwr niwtron thermol effeithlon.Yn ogystal, mae carbid boron yn gyfoethog mewn adnoddau, yn gwrthsefyll cyrydiad, sefydlogrwydd thermol da, nid yw'n cynhyrchu isotopau ymbelydrol, ac mae ganddo egni pelydr eilaidd isel, felly defnyddir carbid boron yn eang fel deunyddiau rheoli a deunyddiau cysgodi mewn adweithyddion niwclear.
Er enghraifft, yn y diwydiant niwclear, mae'r adweithydd tymheredd uchel sy'n cael ei oeri â nwy yn defnyddio system cau pêl amsugno boron fel yr ail system cau.Mewn achos o ddamwain, pan fydd y system cau cyntaf yn methu, mae'r ail system cau yn defnyddio nifer fawr o belenni boron carbid Am ddim yn disgyn i sianel haen adlewyrchol craidd yr adweithydd, ac ati, i gau'r adweithydd a sylweddoli oerfel. cau i lawr, lle mae'r bêl amsugno yn bêl graffit sy'n cynnwys boron carbid.Prif swyddogaeth y craidd boron carbid yn yr adweithydd tymheredd uchel wedi'i oeri â nwy yw rheoli pŵer a diogelwch yr adweithydd.Mae'r fricsen garbon wedi'i thrwytho â deunydd amsugno niwtron carbid boron, a all leihau arbelydru niwtronau llestr pwysedd yr adweithydd.
Ar hyn o bryd, mae deunyddiau borid ar gyfer adweithyddion niwclear yn cynnwys y deunyddiau canlynol yn bennaf: carbid boron (gwialenni rheoli, gwiail cysgodi), asid boric (cymedrolydd, oerydd), dur boron (gwialenni rheoli a deunyddiau storio ar gyfer tanwydd niwclear a gwastraff niwclear), boron Europium (deunydd gwenwyn llosgadwy craidd), ac ati.