Το καρβίδιο του βορίου είναι ένα από τα πιο σκληρά υλικά μηχανικής που υπάρχουν; μόνο το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου είναι πιο σκληρά. Με υψηλή αντοχή σε κάμψη, καλή αντοχή στη διάβρωση, και θερμική αγωγιμότητα ευνοϊκή για εφαρμογές όπως ακροφύσια εκτόξευσης και στεγανοποιήσεις αντλιών. Η κατεργασία κεραμικού καρβιδίου του βορίου μπορεί να είναι τόσο δαπανηρή όσο και χρονοβόρα λόγω της πράσινης ή μπισκότου κατάστασής του που δεν έχει σφιχτές ανοχές και συρρικνώνεται κατά τη σύντηξη κατά περίπου 20%.
Μέθοδοι παραγωγής
Καρβίδιο του βορίου (B4C) είναι ένα από τα πιο σκληρά υλικά που γνωρίζει ο άνθρωπος, με βαθμολογία σκληρότητας συγκρίσιμη με διαμάντι και θερμική σταθερότητα. Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπου υψηλή αντοχή στη φθορά, δύναμη σε χαμηλό βάρος, ή η θερμική σταθερότητα είναι ζωτικής σημασίας, όπως η προστασία βαλλιστικών κεραμικών τεθωρακισμένων πλακιδίων για στρατιωτικό προσωπικό και οχήματα από εκρηκτικά, σφαίρες, θραύσματα ή άλλα βλήματα – Αυτά τα χαρακτηριστικά κάνουν το B4C ένα ανεκτίμητο υλικό.
πώς να φτιάξετε κεραμικό καρβίδιο του βορίου? Παραδοσιακά, Τα πλήρως πυκνά μέρη καρβιδίου του βορίου έχουν κατασκευαστεί με τη χρήση τεχνικών συμπίεσης όπως η θερμή ή ισοστατική συμπίεση καθώς και η πυροσυσσωμάτωση με σπινθήρα πλάσματος; αυτές τις μεθόδους, ωστόσο, έχει πολλά μειονεκτήματα, όπως γεωμετρική πολυπλοκότητα και περιορισμούς μεγέθους, απαιτήσεις κόστους εξοπλισμού καθώς και απαιτητικές διαδικασίες μετά τη σύντηξη, όπως η μηχανική κατεργασία.
Εδώ έγκειται η σημασία της εφεύρεσης που περιγράφεται εδώ: αφορά μια μέθοδο παραγωγής κεραμικού καρβιδίου του βορίου που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του πράσινου, μπισκότο, ή μερικώς πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του βορίου με κατεργασμένα κατεργασμένα κεραμικά καρβιδίου του βορίου.
Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει ανάμειξη μικτών πρώτων υλών που περιέχουν ένα άμορφο συστατικό Β και Γ με νανοίνες άνθρακα σε ομοιόμορφη διασπορά, και υποβάλλοντας αυτό το μείγμα σε ταυτόχρονη σύνθεση και πυροσυσσωμάτωση χρησιμοποιώντας τη μέθοδο SPS. Αυτό παράγει ένα πυροσυσσωματωμένο συμπαγές με υψηλή περιεκτικότητα σε B4C και ανώτερες μηχανικές ιδιότητες; Η σύνθεσή του μπορεί να προσαρμοστεί αλλάζοντας τα σχετικά ατομικά ποσοστά βορίου και άνθρακα για διαφορετικά χαρακτηριστικά απόδοσης.
Σκηνικά θέατρου
Το καρβίδιο του βορίου B4C είναι ένα ευρέως αναγνωρισμένο κεραμικό υλικό, διακρίνεται για τη χαμηλή του πυκνότητα, υψηλό όριο ελαστικότητας Hugoniot και ιδιότητες εξαιρετικά υψηλής σκληρότητας. Ωστόσο, πάσχει από κακή ανοχή σε ζημιές και αντοχή που περιορίζουν τις εφαρμογές του σε πολλούς τομείς. Προκειμένου να ενισχυθούν αυτές οι φυσικομηχανικές ιδιότητες, οι ερευνητές προσπάθησαν να προσθέσουν διάφορα πρόσθετα πυροσυσσωμάτωσης, συμπεριλαμβανομένων οξειδίων με βάση σπάνια μέταλλα καθώς και καθαρού πυριτίου Si [3,6,7] αλλά αυτά μπορούν να μειώσουν τη θερμοκρασία/πίεση πυροσυσσωμάτωσης, δημιουργώντας έτσι πιο πυκνό και πυκνό υλικό, ενώ αλλοιώνουν αρνητικά ορισμένες μοναδικές ιδιότητες που κάνουν το B4C εξαιρετικό!
Πρόσφατα, ειδικά υλικά έχουν γίνει αναγκαιότητα στα προηγμένα ηλεκτρονικά, του διαστήματος και των τεχνολογιών υπολογιστών. Αυτά απαιτούν υψηλή θερμική σταθερότητα καθώς και καλή αντοχή στην τριβή – κάτι το κεραμικό καρβίδιο του βορίου μπορεί να ικανοποιήσει.
Το κεραμικό καρβίδιο του βορίου είναι μια από τις πιο σκληρές γνωστές ουσίες και διαθέτει εξαιρετική αντοχή, καθιστώντας το ιδανικό για χρήση ως λειαντικό και για κοπή μεταλλικών κραμάτων όπως το τιτάνιο, αλουμίνιο και ανοξείδωτο ατσάλι. Επί πλέον, Η δύναμή του το επέτρεψε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αλεξίσφαιρων γιλέκων καθώς είναι ελαφρύτερο από τη χαλύβδινη θωράκιση με μεγαλύτερη αντοχή στην κρούση; πιο ανθεκτικό στη θερμότητα από το αλουμίνιο καθώς μπορεί να αντέξει τις θερμοκρασίες 1,800 βαθμούς Κελσίου για μεγάλα χρονικά διαστήματα χωρίς να λιώσει, καθιστά αυτό το υλικό ανεκτίμητο σε στρατιωτικές εφαρμογές και εξαιρετικά ανθεκτικές κεραμικές εκδόσεις που αντέχουν μεγάλες καταπονήσεις από ό,τι το αλουμίνιο μπορεί ποτέ να διαχειριστεί μόνο του! Τέλος, τα κεραμικά καρβιδίου του βορίου προσφέρουν εξαιρετική αντοχή και αντοχή στην καταπόνηση με μεγάλη αντοχή να είναι μεταξύ των τάξεων τους.
Εφαρμογές
Το καρβίδιο του βορίου είναι εξαιρετικά σκληρό, ανθεκτικό υλικό ικανό να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες ενώ διαθέτει μεγάλη αντοχή στη φθορά. Χρησιμοποιείται σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές όπως η κοπή, άλεσμα, εφαρμογές στίλβωσης και στίλβωσης; Επιπλέον, κάνει ένα εξαιρετικό λειαντικό υλικό που χρησιμοποιείται ως θωράκιση σε στρατιωτικό εξοπλισμό και οχήματα όπως ελικόπτερα που χρειάζονται προστασία από χτυπήματα οβίδων από κάτω.
Λόγω της εξαιρετικής σκληρότητάς του, Το καρβίδιο του βορίου μπορεί να είναι εξαιρετικά δύσκολο να διατρυπηθεί – Αυτό παρουσιάζει ιδιαίτερα προβλήματα κατά την κατασκευή κατασκευών με κεραμικά εξαρτήματα κατασκευασμένα από αυτό το υλικό. Τα συμβατικά εργαλεία διάτρησης δεν μπορούν να το διαπεράσουν εύκολα; Αντίθετα, μπορεί να χρειαστεί να χρησιμοποιηθούν εξειδικευμένα τρυπάνια με διαμάντια για αποτελεσματικές εργασίες διάτρησης.
Μια προσέγγιση για την επίλυση αυτού του προβλήματος περιλαμβάνει τη χρήση ενός ένθετου καρβιδίου βολφραμίου για τη διάνοιξη οπών μέσω κεραμικών καρβιδίου βορίου. Δυστυχώς, αυτή η προσέγγιση είναι τόσο αναποτελεσματική όσο και χρονοβόρα; Επομένως, θα ήταν προτιμότερο να βρεθεί άλλο μέσο που θα μπορούσε να δώσει πρόσβαση στο εσωτερικό χωρίς να χρειάζεται αλλαγή ή αφαίρεση και αντικατάσταση αυτού του στοιχείου της δομής κάθε φορά που ένα ένθετο χρειάζεται αντικατάσταση.
Αυτή η εφεύρεση περιγράφει μια μέθοδο για την παραγωγή ενός πυροσυσσωματωμένου συμπαγούς κεραμικού καρβιδίου του βορίου που περιέχει νανοΐνες άνθρακα (CNF) κατανέμεται ομοιόμορφα στην επιφάνειά του. Το κεραμικό δημιουργείται απευθείας με την ταυτόχρονη σύνθεση και πυροσυσσωμάτωση ενός άμορφου μίγματος Β και Γ; αποτελέσματα δείχνουν ότι ένα τέτοιο συμπαγές με 15% κατ' όγκο το CNF παρουσιάζει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες όπως αντοχή σε κάμψη (710 MPa), Σκληρότητα Vickers (364 GPa), και αντοχή σε θραύση KIC (7.6 MPa*m1/2).
Οφέλη
Το καρβίδιο του βορίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό που μπορεί να διαμορφωθεί σε διάφορα σχήματα. Διαθέτει εξαιρετική αντοχή στη φθορά και αντοχή στη θερμοκρασία, και μπορεί ακόμη και να χρησιμοποιηθεί ως λειαντικό σε κόπτες με πίδακα νερού για την κοπή μετάλλων και άλλων υλικών. Το καρβίδιο του βορίου έχει επίσης χρησιμοποιηθεί ως υλικό ράβδων ελέγχου σε πυρηνικούς σταθμούς λόγω της ικανότητάς του να απορροφά νετρόνια θερμικής ενέργειας καθώς και ότι είναι αδιάλυτο στο νιτρικό οξύ και δεν επηρεάζεται από θερμά περιβάλλοντα υδροφθορίου.
Το κεραμικό καρβίδιο του βορίου μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας διάφορες διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της πυροσυσσωμάτωσης χωρίς πίεση σε υψηλή θερμοκρασία (που συνήθως αναφέρεται ως πυροσυσσωμάτωση πλάσματος σπινθήρα; SPS). Οι σκόνες SPS αναμιγνύονται με νανοΐνες άνθρακα και πυροσυσσωματώνονται σε πυκνά σχήματα χρησιμοποιώντας ηλεκτρική θέρμανση παλμικού συνεχούς ρεύματος; Αυτό αποδίδει κεραμικά υψηλής αντοχής σε κάμψη τριών σημείων και αντοχή στην τριβή που παράγουν ανθεκτικά εύκαμπτα κομμάτια τριών σημείων από κεραμικό υλικό καρβιδίου του βορίου.