O carburo de boro é un dos materiais de enxeñería máis resistentes dispoñibles; só o diamante e o nitruro de boro cúbico son máis duros. Con alta resistencia á flexión, boa resistencia á corrosión, e condutividade térmica favorable para aplicacións como boquillas de chorro e selos de bombas. O mecanizado de cerámica de carburo de boro pode ser caro e lento debido ao seu estado verde ou biscoito que non mantén tolerancias estreitas e que se contrae durante a sinterización aproximadamente. 20%.
Métodos de fabricación
Carburo de boro (B4C) é un dos materiais máis duros coñecidos polo home, cunha dureza comparable ao diamante e unha estabilidade térmica. Úsase en aplicacións con alta resistencia ao desgaste, resistencia a baixo peso, ou a estabilidade térmica é fundamental, como a protección de baldosas de blindaxe cerámica balística para o persoal militar e os vehículos contra explosivos, balas, fragmentos ou outros proxectís – estas características fan do B4C un material inestimable.
como facer cerámica de carburo de boro? Tradicionalmente, As pezas de carburo de boro totalmente densas fabricáronse utilizando técnicas de prensado como prensado en quente ou prensado isostático, así como sinterización por plasma de chispa.; estes métodos, con todo, presentan varios inconvenientes, incluíndo complexidade xeométrica e restricións de tamaño, requisitos de custos dos equipos, así como procesos esixentes de post-sinterización como o mecanizado.
Aquí reside o significado da invención aquí descrita: trátase dun método para producir unha cerámica de carburo de boro que combina as vantaxes do verde, biscoito, ou carburo de boro parcialmente sinterizado con cerámica de carburo de boro mecanizado-fabricado.
Este método consiste en mesturar materias primas mesturadas que conteñen un compoñente B e C amorfo con nanofibras de carbono nun estado uniformemente disperso., e sometendo esta mestura a síntese e sinterización simultáneas mediante o método SPS. Isto produce un compacto sinterizado con alto contido en B4C e propiedades mecánicas superiores; a súa composición pódese adaptar modificando as súas porcentaxes atómicas relativas de boro e carbono para diferentes características de rendemento.
Propiedades
O carburo de boro B4C é un material cerámico amplamente recoñecido, distínguese pola súa baixa densidade, alto límite elástico de Hugoniot e propiedades de dureza súper alta. Porén, padece unha escasa tolerancia ao dano e resistencia que limitan as súas aplicacións en moitos campos. Co fin de mellorar estas propiedades físico-mecánicas, Os investigadores intentaron engadir varios aditivos de sinterización, incluíndo óxidos a base de metais raros, así como silicio puro Si [3,6,7] pero estes poden diminuír a temperatura/presión de sinterización producindo así un material máis denso mentres alteran negativamente algunhas propiedades únicas que fan que B4C sexa excepcional.!
Recentemente, materiais especiais convertéronse nunha necesidade na electrónica avanzada, tecnoloxías espaciais e informáticas. Estes requiren unha alta estabilidade térmica así como unha boa resistencia á abrasión – algo que a cerámica de carburo de boro pode satisfacer.
A cerámica de carburo de boro é unha das substancias máis duras coñecidas e posúe unha resistencia excepcional, polo que é ideal para o seu uso como abrasivo e para cortar aliaxes metálicas como o titanio, aluminio e aceiro inoxidable. Ademais, a súa forza permitiu que se utilice para a fabricación de chalecos antibalas xa que é máis lixeiro que unha armadura de aceiro con maior resistencia ao impacto.; máis resistente á calor que o aluminio xa que pode soportar temperaturas 1,800 graos Celsius durante períodos prolongados sen derreter, facendo que este material sexa inestimable en aplicacións militares e versións cerámicas altamente resistentes que soportan grandes cantidades de estrés que o aluminio pode soportar só.! Por último, as cerámicas de carburo de boro ofrecen unha durabilidade extrema e resistencia ao estrés cunha gran resistencia entre as súas filas.
Aplicacións
O carburo de boro é extremadamente duro, material duradeiro capaz de soportar altas temperaturas ao tempo que posúe unha gran resistencia ao desgaste. Úsase en moitas aplicacións industriais como o corte, moenda, aplicacións de pulido e lapeado; ademais fai un excelente material abrasivo usado como armadura en equipos militares e vehículos como helicópteros que necesitan protección contra impactos de proxectís desde abaixo..
Debido á súa extrema dureza, O carburo de boro pode ser moi difícil de perforar – isto presenta problemas especiais á hora de construír estruturas con compoñentes cerámicos feitos con este material. As máquinas de perforación convencionais non poden penetralo facilmente; en cambio, pode ser necesario empregar brocas de diamante especializadas para operacións de perforación eficientes.
Un enfoque para resolver este problema consiste en utilizar unha inserción de carburo de tungsteno para perforar orificios a través de cerámicas de carburo de boro.. Por desgraza, este enfoque é tanto ineficiente como lento; polo tanto, sería preferible atopar outro medio que permita acceder ao interior sen necesidade de cambiar ou eliminar e substituír este compoñente da estrutura cada vez que se necesite substituír un inserto..
Esta invención describe un método para producir un compacto sinterizado de cerámica de carburo de boro que contén nanofibra de carbono (CNF) distribuída uniformemente pola súa superficie. A cerámica créase directamente sintetizando e sinterizando simultaneamente unha mestura amorfa B e C; os resultados mostran que un tal compacto con 15% por volume CNF presenta excelentes propiedades mecánicas como a resistencia á flexión (710 MPa), Dureza Vickers (364 GPa), e tenacidade á fractura KIC (7.6 MPa*m1/2).
Beneficios
O carburo de boro é un material extremadamente duro que se pode formar en varias formas. Ten unha resistencia superior ao desgaste e á temperatura, e mesmo pode usarse como abrasivo en cortadores de chorro de auga para cortar metais e outros materiais. O carburo de boro tamén atopou uso como material de barra de control nas centrais nucleares debido á súa capacidade para absorber neutróns de enerxía térmica, ademais de ser insoluble no ácido nítrico e non se ve afectado polos ambientes quentes de fluoruro de hidróxeno..
A cerámica de carburo de boro pódese producir mediante varios procesos, incluíndo sinterización sen presión a alta temperatura (comúnmente denominada sinterización por plasma de chispa; SPS). Os po SPS mestúranse con nanofibras de carbono e sinterízanse en formas densas mediante calefacción eléctrica de corrente continua pulsada.; isto produce cerámicas de alta resistencia á flexión en tres puntos e resistencia á abrasión que producen pezas duradeiras dobrables de tres puntos de material cerámico de carburo de boro..