Bora karbīds ir viens no izturīgākajiem pieejamajiem inženiertehniskajiem materiāliem; cietāks ir tikai dimants un kubiskais bora nitrīds. Ar augstu lieces izturību, laba izturība pret koroziju, un siltumvadītspēja, kas ir labvēlīga izmantošanai, piemēram, sprauslas un sūkņa blīves. Bora karbīda keramikas mehāniskā apstrāde var būt gan dārga, gan laikietilpīga, jo tās zaļais vai biskvīta stāvoklis nesatur stingras pielaides un saķepināšanas laikā saraujas par aptuveni 20%.
Ražošanas metodes
Bora karbīds (B4C) ir viens no cietākajiem cilvēkiem zināmajiem materiāliem, lepojas ar cietības pakāpi, kas ir salīdzināma ar dimantu un termisko stabilitāti. Izmanto vietās, kur ir augsta nodilumizturība, spēks pie maza svara, vai termiskā stabilitāte ir ļoti svarīga, piemēram, ballistisko keramisko bruņu flīžu aizsardzība militārpersonām un transportlīdzekļiem pret sprāgstvielām, lodes, lauskas vai citi šāviņi – šīs īpašības padara B4C par nenovērtējamu materiālu.
kā izgatavot bora karbīda keramiku? Tradicionāli, pilnībā blīvas bora karbīda daļas ir ražotas, izmantojot tādas presēšanas metodes kā karstā presēšana vai izostatiskā presēšana, kā arī dzirksteļplazmas saķepināšana; šīs metodes, tomēr, ir vairāki trūkumi, tostarp ģeometriskā sarežģītība un izmēra ierobežojumi, iekārtu izmaksu prasības, kā arī prasīgi pēcaķepināšanas procesi, piemēram, apstrāde.
Šeit ir aprakstīta izgudrojuma nozīme: tas attiecas uz bora karbīda keramikas ražošanas metodi, kas apvieno zaļās krāsas priekšrocības, biskvīts, vai daļēji saķepināts bora karbīds ar mehāniski apstrādātu bora karbīda keramiku.
Šī metode ietver jauktu izejvielu, kas satur amorfu B un C komponentu, samaisīšanu ar oglekļa nano šķiedrām vienmērīgi izkliedētā stāvoklī., un šī maisījuma pakļaušana vienlaicīgai sintēzei un saķepināšanai, izmantojot SPS metodi. Tādējādi tiek iegūts saķepināts kompakts ar augstu B4C saturu un izcilām mehāniskajām īpašībām; tā sastāvu var pielāgot, mainot tā relatīvo bora un oglekļa atomu procentuālo daudzumu dažādiem darbības raksturlielumiem.
Īpašības
Bora karbīds B4C ir plaši atzīts keramikas materiāls, izceļas ar zemo blīvumu, augsta Hugoniot elastības robeža un īpaši augstas cietības īpašības. Tomēr, tas cieš no sliktas izturības pret bojājumiem un stiprības, kas ierobežo tā pielietojumu daudzās jomās. Lai uzlabotu šīs fizikāli mehāniskās īpašības, pētnieki ir mēģinājuši pievienot dažādas saķepināšanas piedevas, tostarp oksīdus, kuru pamatā ir reti metāli, kā arī tīru silīciju Si [3,6,7] bet tie var samazināt saķepināšanas temperatūru/spiedienu, tādējādi radot blīvāku un blīvāku materiālu, vienlaikus negatīvi mainot dažas unikālas īpašības, kas padara B4C izcilu!
Nesen, īpaši materiāli ir kļuvuši par nepieciešamību uzlabotajā elektronikā, kosmosa un datortehnoloģijas. Tiem nepieciešama augsta termiskā stabilitāte, kā arī laba nodilumizturība – kaut ko var apmierināt bora karbīda keramika.
Bora karbīda keramika ir viena no cietākajām zināmajām vielām, un tai ir izcila izturība, padarot to ideāli piemērotu lietošanai kā abrazīvu un metālu sakausējumu, piemēram, titāna, griešanai, alumīnijs un nerūsējošais tērauds. Turklāt, tā izturība ir ļāvusi to izmantot ložu necaurlaidīgo vestu ražošanā, jo tās ir vieglākas nekā tērauda bruņas ar lielāku triecienizturību; karstumizturīgāks nekā alumīnijs, jo tas var izturēt augstāku temperatūru 1,800 grādos pēc Celsija ilgāku laiku bez kušanas, padarot šo materiālu nenovērtējamu militāros lietojumos un ļoti elastīgās keramikas versijās, kas iztur lielu spriedzi, nekā alumīnijs jebkad spēj tikt galā viens pats! Visbeidzot, bora karbīda keramika piedāvā ārkārtēju izturību un izturību pret spriedzi, un to vidū ir liela izturība.
Lietojumprogrammas
Bora karbīds ir ārkārtīgi ciets, izturīgs materiāls, kas spēj izturēt augstu temperatūru, vienlaikus ar lielu nodilumizturību. Izmanto daudzos rūpnieciskos lietojumos, piemēram, griešanai, slīpēšana, pulēšanas un pārklāšanas pielietojumi; turklāt tas ir lielisks abrazīvs materiāls, ko izmanto kā bruņas militārajam aprīkojumam un transportlīdzekļiem, piemēram, helikopteriem, kuriem nepieciešama aizsardzība pret šāviņu triecieniem no apakšas.
Pateicoties tās ārkārtējai cietībai, Bora karbīda caururbšana var būt ārkārtīgi sarežģīta – tas rada īpašas problēmas, būvējot konstrukcijas ar keramikas detaļām, kas izgatavotas no šī materiāla. Tradicionālie urbšanas instrumenti tajā nevar viegli iekļūt; tā vietā var būt nepieciešams izmantot specializētus dimanta urbjus, lai veiktu efektīvas urbšanas darbības.
Viena no šīs problēmas risināšanas metodēm ietver volframa karbīda ieliktņa izmantošanu, lai urbtu caurumus caur bora karbīda keramiku. Diemžēl, šī pieeja ir gan neefektīva, gan laikietilpīga; tāpēc būtu vēlams atrast citu līdzekli, kas varētu nodrošināt piekļuvi iekšpusei bez nepieciešamības mainīt vai noņemt un nomainīt šo konstrukcijas sastāvdaļu ikreiz, kad ir jānomaina ieliktnis.
Šis izgudrojums apraksta metodi saķepinātas bora karbīda keramikas, kas satur oglekļa nanošķiedru, iegūšanai. (CNF) vienmērīgi sadalīts pa tās virsmu. Keramika tiek radīta tieši, vienlaikus sintezējot un saķepinot amorfu B un C maisījumu; rezultāti liecina, ka viens šāds kompakts ar 15% pēc tilpuma CNF piemīt izcilas mehāniskās īpašības, piemēram, lieces izturība (710 MPa), Vickers cietība (364 GPa), un lūzumu izturības ZIK (7.6 MPa*m1/2).
Ieguvumi
Bora karbīds ir ārkārtīgi ciets materiāls, ko var veidot dažādās formās. Tam ir izcila nodilumizturība un temperatūras izturība, un to var izmantot pat kā abrazīvu ūdens strūklas griezējos metālu un citu materiālu griešanai. Bora karbīds ir izmantots arī kā vadības stieņu materiāls atomelektrostacijās, jo tas spēj absorbēt siltumenerģijas neitronus, kā arī nešķīst slāpekļskābē un to neietekmē karstā fluorūdeņraža vide..
Bora karbīda keramiku var ražot, izmantojot dažādus procesus, ieskaitot bezspiediena saķepināšanu augstā temperatūrā (ko parasti dēvē par dzirksteļplazmas saķepināšanu; SPS). SPS pulveri sajauc ar oglekļa nanošķiedru un saķepina blīvās formās, izmantojot impulsu līdzstrāvas elektrisko sildīšanu; tādējādi tiek iegūta augsta trīspunktu lieces izturība un nodilumizturība, kas rada izturīgus trīspunktos saliekamus keramikas bora karbīda materiālus.