El carbur de bor és un dels materials d'enginyeria més durs disponibles; només el diamant i el nitrur de bor cúbic són més durs. Amb alta resistència a la flexió, bona resistència a la corrosió, i conductivitat tèrmica favorable a aplicacions com broquets de granalla i segells de bombes. El mecanitzat de ceràmica de carbur de bor pot ser costós i consumir molt de temps a causa del seu estat verd o de bescuit que no manté toleràncies estretes i es contrau durant la sinterització aproximadament. 20%.
Mètodes de fabricació
Carbur de bor (B4C) és un dels materials més durs coneguts per l'home, amb una duresa comparable al diamant i estabilitat tèrmica. S'utilitza en aplicacions on alta resistència al desgast, força a baix pes, o l'estabilitat tèrmica és crucial, com ara la protecció de rajoles de ceràmica balística per a personal militar i vehicles contra explosius, bales, fragments o altres projectils – aquestes característiques fan del B4C un material inestimable.
com fer ceràmica de carbur de bor? Tradicionalment, Les peces de carbur de bor totalment denses s'han fabricat utilitzant tècniques de premsat com el premsat en calent o el premsat isostàtic, així com la sinterització per plasma d'espurna.; aquests mètodes, tanmateix, tenen diversos inconvenients, com ara la complexitat geomètrica i les restriccions de mida, els requisits de costos de l'equip, així com els processos postsinteritzats exigents com el mecanitzat.
Aquí rau la importància de la invenció aquí descrita: es tracta d'un mètode per produir una ceràmica de carbur de bor que combina els avantatges del verd, galeta, o carbur de bor parcialment sinteritzat amb ceràmica de carbur de bor mecanitzat-fabricat.
Aquest mètode consisteix a barrejar matèries primeres mixtes que contenen un component amorf B i C amb nanofibres de carboni en un estat uniformement dispers., i sotmetre aquesta mescla a síntesi i sinterització simultània mitjançant el mètode SPS. Això produeix un compacte sinteritzat amb alt contingut de B4C i propietats mecàniques superiors; la seva composició es pot adaptar alterant els seus percentatges atòmics relatius de bor i carboni per a diferents característiques de rendiment.
Propietats
El carbur de bor B4C és un material ceràmic àmpliament reconegut, es distingeix per la seva baixa densitat, alt límit elàstic Hugoniot i propietats de duresa súper alta. No obstant això, pateix una mala tolerància als danys i una resistència limitant les seves aplicacions en molts camps. Per tal de millorar aquestes propietats físico-mecàniques, els investigadors han intentat afegir diversos additius de sinterització, inclosos òxids basats en metalls rars, així com silici pur Si [3,6,7] però aquests poden disminuir la temperatura / pressió de sinterització, produint així un material més dens i alhora que alteren negativament algunes propietats úniques que fan que B4C sigui excepcional.!
Recentment, materials especials s'han convertit en una necessitat en electrònica avançada, l'espai i les tecnologies informàtiques. Aquests requereixen una alta estabilitat tèrmica així com una bona resistència a l'abrasió – quelcom que la ceràmica de carbur de bor pot satisfer.
La ceràmica de carbur de bor és una de les substàncies més dures conegudes i té una resistència excepcional, el que el fa ideal per utilitzar-lo com a abrasiu i per tallar aliatges metàl·lics com el titani, alumini i acer inoxidable. A més, la seva força ha permès que s'utilitzi per a la fabricació d'armilles antibales, ja que és més lleuger que l'armadura d'acer amb una major resistència a l'impacte; més resistent a la calor que l'alumini, ja que pot suportar temperatures superiors 1,800 graus centígrads durant períodes prolongats sense fondre's, fent que aquest material sigui inestimable en aplicacions militars i versions de ceràmica altament resistents que suporten grans quantitats d'estrès que l'alumini pot gestionar sol.! Finalment, les ceràmiques de carbur de bor ofereixen una durabilitat extrema i una resistència a l'estrès amb una gran resistència entre els seus rangs.
Aplicacions
El carbur de bor és extremadament dur, material durador capaç de suportar altes temperatures alhora que té una gran resistència al desgast. S'utilitza en moltes aplicacions industrials com ara el tall, mòlta, aplicacions de polit i lligat; a més, fa un excel·lent material abrasiu que s'utilitza com a blindatge en equipaments militars i vehicles com els helicòpters que necessiten protecció contra cops d'obusos des de sota..
Per la seva extrema duresa, El carbur de bor pot ser extremadament difícil de perforar – això presenta problemes particulars a l'hora de construir estructures amb components ceràmics fets d'aquest material. Les màquines eines de perforació convencionals no poden penetrar-hi fàcilment; en lloc d'això, pot ser que s'hagin d'emprar trepans de diamant especialitzats per a operacions de perforació eficients.
Un enfocament per resoldre aquest problema consisteix a utilitzar una inserció de carbur de tungstè per perforar forats a través de ceràmiques de carbur de bor. Malauradament, aquest enfocament és alhora ineficient i requereix temps; per tant, seria preferible trobar un altre mitjà que pugui donar accés a l'interior sense necessitat de canviar o treure i substituir aquest component de l'estructura cada vegada que calgui substituir un insert..
Aquesta invenció descriu un mètode per produir un compacte sinteritzat de ceràmica de carbur de bor que conté nanofibra de carboni (CNF) distribuïts uniformement per la seva superfície. La ceràmica es crea directament sintetitzant i sinteritzant simultàniament una barreja B i C amorfa; els resultats mostren que un tal compacte amb 15% per volum CNF presenta excel·lents propietats mecàniques com la resistència a la flexió (710 MPa), Duresa Vickers (364 GPa), i tenacitat a la fractura KIC (7.6 MPa*m1/2).
Beneficis
El carbur de bor és un material extremadament dur que es pot formar en diverses formes. Compta amb una resistència superior al desgast i a la temperatura, i fins i tot es pot utilitzar com a abrasiu en talladors de raig d'aigua per tallar metalls i altres materials. El carbur de bor també s'ha utilitzat com a material de barra de control a les centrals nuclears a causa de la seva capacitat d'absorbir neutrons d'energia tèrmica, a més de ser insoluble amb àcid nítric i no afectat per entorns calents de fluorur d'hidrogen..
La ceràmica de carbur de bor es pot produir mitjançant diversos processos, inclosa la sinterització sense pressió a alta temperatura (s'anomena comunament sinterització de plasma d'espurna; SPS). Les pols SPS es barregen amb nanofibra de carboni i es sinteritzen en formes denses mitjançant calefacció elèctrica de corrent continu polsat; això produeix ceràmiques de gran resistència a la flexió de tres punts i resistència a l'abrasió que produeixen peces flexibles duradores de tres punts de material ceràmic de carbur de bor.