Carbid boron yw un o'r deunyddiau peirianneg anoddaf sydd ar gael; dim ond diemwnt a boron nitrid ciwbig sy'n galetach. Gyda chryfder plygu uchel, ymwrthedd cyrydiad da, a dargludedd thermol sy'n ffafriol i gymwysiadau fel nozzles chwyth a morloi pwmp. Gall peiriannu cerameg boron carbid fod yn ddrud ac yn cymryd llawer o amser oherwydd nad yw ei gyflwr gwyrdd neu fisgedi yn dal goddefiannau tynn a chrebachu yn ystod sintro o tua 20%.
Dulliau gweithgynhyrchu
Boron carbid (B4C) yw un o'r defnyddiau caletaf y gwyddys dyn, gan frolio gradd caledwch sy'n debyg i ddiemwnt a sefydlogrwydd thermol. Wedi'i ddefnyddio mewn cymwysiadau lle mae ymwrthedd gwisgo uchel, cryfder ar bwysau isel, neu sefydlogrwydd thermol yn hollbwysig, megis amddiffyniad teils arfwisg ceramig balistig ar gyfer personél milwrol a cherbydau yn erbyn ffrwydron, bwledi, darnau neu daflegrau eraill – mae'r nodweddion hyn yn gwneud B4C yn ddeunydd amhrisiadwy.
sut i wneud boron carbid ceramig? Yn draddodiadol, mae rhannau carbid boron cwbl drwchus wedi'u cynhyrchu gan ddefnyddio technegau gwasgu fel gwasgu poeth neu wasgu isostatig yn ogystal â sintro plasma gwreichionen; dulliau hyn, fodd bynnag, dod â nifer o anfanteision gan gynnwys cymhlethdod geometrig a chyfyngiadau maint, gofynion costau offer yn ogystal â phrosesau ôl-sintering heriol megis peiriannu.
Yma y gorwedd arwyddocâd y ddyfais a ddisgrifir yma: mae'n ymwneud â dull ar gyfer cynhyrchu cerameg boron carbid sy'n cyfuno manteision gwyrdd, bisgedi, neu garbid boron wedi'i sintro'n rhannol gyda serameg boron carbid wedi'i durnio.
Mae'r dull hwn yn cynnwys cymysgu deunyddiau crai cymysg sy'n cynnwys cydran amorffaidd B a C gyda ffibrau nano carbon mewn cyflwr gwasgaredig cyfartal, a gosod y cymysgedd hwn i synthesis a sintro ar yr un pryd gan ddefnyddio'r dull SPS. Mae hyn yn cynhyrchu compact sintered gyda chynnwys B4C uchel a phriodweddau mecanyddol uwchraddol; gellir teilwra ei gyfansoddiad trwy newid ei ganrannau atomig cymharol o boron a charbon ar gyfer gwahanol nodweddion perfformiad.
Priodweddau
Mae carbid boron B4C yn ddeunydd cerameg a gydnabyddir yn eang, yn cael ei wahaniaethu gan ei ddwysedd isel, high Hugoniot elastic limit and super-high hardness properties. Fodd bynnag, mae'n dioddef o oddefgarwch difrod gwael a chryfder sy'n cyfyngu ar ei gymwysiadau mewn sawl maes. Er mwyn gwella'r priodweddau ffisegol-mecanyddol hyn, mae ymchwilwyr wedi ceisio ychwanegu amrywiol ychwanegion sintering gan gynnwys ocsidau yn seiliedig ar fetelau prin yn ogystal â silicon pur Si [3,6,7] ond gall y rhain leihau tymheredd/pwysau sintro gan gynhyrchu deunydd dwysach a dwysach wrth newid rhai priodweddau unigryw yn negyddol sy'n gwneud B4C yn eithriadol.!
Yn ddiweddar, deunyddiau arbennig wedi dod yn anghenraid yn electronig uwch, technolegau gofod a chyfrifiadurol. Mae'r rhain yn gofyn am sefydlogrwydd thermol uchel yn ogystal ag ymwrthedd crafiad da – rhywbeth y gall boron carbide seramig fodloni.
cerameg boron carbid yw un o'r sylweddau anoddaf y gwyddys amdano ac mae ganddo gryfder eithriadol, gan ei wneud yn ddelfrydol i'w ddefnyddio fel sgraffiniol ac ar gyfer torri aloion metel fel titaniwm, alwminiwm a dur di-staen. Ymhellach, mae ei gryfder wedi caniatáu iddo gael ei ddefnyddio ar gyfer gweithgynhyrchu fest gwrth-bwled gan ei fod yn ysgafnach nag arfwisg ddur gyda mwy o ymwrthedd effaith; yn fwy gwrthsefyll gwres nag alwminiwm gan y gall wrthsefyll tymheredd drosodd 1,800 gradd Celsius am gyfnodau estynedig heb doddi, gwneud y deunydd hwn yn amhrisiadwy mewn cymwysiadau milwrol a fersiynau cerameg hynod wydn sy'n gwrthsefyll llawer iawn o straen nag y gall alwminiwm byth ei reoli ar ei ben ei hun! Yn olaf, mae cerameg boron carbid yn cynnig gwydnwch eithafol a gwrthsefyll straen gyda chryfder mawr ymhlith eu rhengoedd.
Ceisiadau
Mae carbid boron yn hynod o galed, deunydd gwydn sy'n gallu gwrthsefyll tymereddau uchel tra'n meddu ar wrthwynebiad gwisgo gwych. Defnyddir mewn llawer o gymwysiadau diwydiannol megis torri, malu, cymwysiadau caboli a lapio; yn ogystal mae'n gwneud deunydd sgraffiniol ardderchog a ddefnyddir fel arfwisg ar offer milwrol a cherbydau fel hofrenyddion sydd angen eu hamddiffyn rhag trawiadau cregyn oddi tano.
Oherwydd ei galedwch eithafol, gall boron carbid fod yn hynod heriol i ddrilio drwyddo – mae hyn yn achosi problemau arbennig wrth adeiladu strwythurau gyda chydrannau cerameg wedi'u gwneud o'r deunydd hwn. Ni all offer drilio peiriant confensiynol dreiddio iddo'n hawdd; yn lle hynny efallai y bydd angen defnyddio driliau diemwnt arbenigol yn lle hynny ar gyfer gweithrediadau drilio effeithlon.
Un dull o ddatrys y broblem hon yw defnyddio mewnosodiad carbid twngsten i ddrilio tyllau trwy serameg boron carbid. Yn anffodus, mae'r dull hwn yn aneffeithlon ac yn cymryd llawer o amser; felly byddai'n well dod o hyd i ddull arall a allai roi mynediad i'r tu mewn heb fod angen newid neu dynnu ac ailosod y gydran hon o'r strwythur bob tro y mae angen gosod mewnosodiad newydd..
Mae'r ddyfais hon yn disgrifio dull ar gyfer cynhyrchu cryno sintered o serameg boron carbid sy'n cynnwys ffibr nano carbon (CNF) dosbarthu'n unffurf ar draws ei wyneb. Mae'r ceramig yn cael ei greu'n uniongyrchol trwy syntheseiddio a sinterio cymysgedd amorffaidd B a C ar yr un pryd; canlyniadau yn dangos bod un compact o'r fath gyda 15% yn ôl cyfaint mae CNF yn arddangos priodweddau mecanyddol rhagorol megis cryfder plygu (710 MPa), Vickers caledwch (364 GPa), a chadernid torasgwrn PEN (7.6 MPa*m1/2).
Budd-daliadau
Mae boron carbid yn ddeunydd hynod o galed y gellir ei ffurfio i wahanol siapiau. Mae ganddo ymwrthedd gwisgo uwch a gwrthiant tymheredd, a gellir ei ddefnyddio hyd yn oed fel sgraffiniol mewn torwyr jet dŵr i dorri metelau a deunyddiau eraill. Mae carbid boron hefyd wedi cael ei ddefnyddio fel deunydd gwialen reoli mewn gweithfeydd ynni niwclear oherwydd ei allu i amsugno niwtronau ynni thermol yn ogystal â bod yn anhydawdd ag asid nitrig ac nad yw amgylcheddau hydrogen fflworid poeth yn effeithio arno..
Gellir cynhyrchu cerameg boron carbid gan ddefnyddio prosesau amrywiol, gan gynnwys sintro di-bwysedd ar dymheredd uchel (cyfeirir ato'n gyffredin fel sintro plasma gwreichionen; SPS). Mae powdrau SPS yn cael eu cymysgu â nanofiber carbon a'u sintro i siapiau trwchus gan ddefnyddio gwres trydan cerrynt uniongyrchol pyls; mae hyn yn cynhyrchu cryfder plygu tri phwynt uchel a serameg ymwrthedd crafiad sy'n cynhyrchu darnau gwydn tri phwynt plygu o ddeunydd boron carbid ceramig.