Carbura de bor este unul dintre cele mai dure materiale de inginerie disponibile; numai diamantul și nitrura cubică de bor sunt mai dure. Cu rezistență ridicată la încovoiere, rezistență bună la coroziune, și conductivitate termică favorabilă aplicațiilor precum duzele de sablare și etanșările pompelor. Prelucrarea ceramicii cu carbură de bor poate fi atât costisitoare, cât și consumatoare de timp, deoarece starea sa verde sau biscuită nu păstrează toleranțe strânse și contracție în timpul sinterizării cu aproximativ 20%.
Metode de fabricație
Carbură de bor (B4C) este unul dintre cele mai dure materiale cunoscute de om, având un grad de duritate comparabil cu diamantul și stabilitate termică. Folosit în aplicații cu rezistență ridicată la uzură, rezistență la greutate mică, sau stabilitatea termică este crucială, such as ballistic ceramic armor tile protection for military personnel and vehicles against explosives, bullets, fragments or other projectiles – these characteristics make B4C an invaluable material.
Cum se face ceramică cu carbură de bor? Traditionally, fully dense boron carbide parts have been manufactured using pressing techniques such as hot pressing or isostatic pressing as well as spark plasma sintering; these methods, however, come with several drawbacks including geometric complexity and size restrictions, equipment costs requirements as well as demanding post-sintering processes such as machining.
Herein lies the significance of the invention described herein: it concerns a method for producing a boron carbide ceramic that combines the advantages of green, biscuit, or partially sintered boron carbide with machined-fabricated boron carbide ceramic.
Această metodă implică amestecarea de materii prime amestecate care conțin o componentă amorfă B și C cu nanofibre de carbon într-o stare uniform dispersată, și supunerea acestui amestec la sinteză și sinterizare simultană folosind metoda SPS. Acest lucru produce un compact sinterizat cu conținut ridicat de B4C și proprietăți mecanice superioare; compoziția sa poate fi adaptată prin modificarea procentelor sale atomice relative de bor și carbon pentru diferite caracteristici de performanță.
Proprietăți
Carbura de bor B4C este un material ceramic recunoscut pe scară largă, se remarcă prin densitatea sa scăzută, limită elastică Hugoniot ridicată și proprietăți de duritate super-înalta. Cu toate acestea, suferă de toleranță slabă la deteriorare și rezistență limitându-și aplicațiile în multe domenii. Pentru a spori aceste proprietăți fizico-mecanice, researchers have tried adding various sintering additives including oxides based on rare metals as well as pure silicon Si [3,6,7] but these can decrease sintering temperature/pressure thus producing denser denser material while negatively altering some unique properties that make B4C exceptional!
Recently, special materials have become a necessity in advanced electronic, space and computer technologies. These require high thermal stability as well as good abrasion resistance – something boron carbide ceramic can satisfy.
boron carbide ceramic is one of the hardest known substances and boasts exceptional strength, making it ideal for use as an abrasive and for cutting metal alloys such as titanium, aluminum and stainless steel. Furthermore, puterea sa i-a permis să fie utilizat pentru fabricarea vestelor antiglonț, deoarece este mai ușoară decât armura de oțel, cu o rezistență mai mare la impact; mai rezistent la căldură decât aluminiul, deoarece poate rezista la temperaturi peste 1,800 grade Celsius pentru perioade îndelungate fără a se topi, făcând acest material neprețuit în aplicații militare și versiuni ceramice foarte rezistente, care rezistă la cantități mari de stres decât aluminiul poate face vreodată singur! În cele din urmă, ceramica cu carbură de bor oferă durabilitate și rezistență la stres extremă, cu o mare rezistență printre rândurile lor.
Aplicații
Carbura de bor este extrem de dura, material durabil capabil să reziste la temperaturi ridicate, având în același timp o rezistență mare la uzură. Folosit în multe aplicații industriale, cum ar fi tăierea, măcinare, aplicații de lustruire și șlefuire; additionally it makes an excellent abrasive material used as armour on military equipment and vehicles such as helicopters that need protection from shell hits from below.
Due to its extreme hardness, boron carbide can be extremely challenging to drill through – this presents particular problems when building structures with ceramic components made from this material. Conventional machine drilling tools cannot penetrate it easily; instead specialized diamond drills may need to be employed instead for efficient drilling operations.
One approach for solving this problem involves using a tungsten carbide insert to drill holes through boron carbide ceramics. Unfortunately, this approach is both inefficient and time consuming; prin urmare, ar fi de preferat să găsiți un alt mijloc care ar putea oferi acces la interior fără a fi nevoie să schimbați sau să îndepărtați și să înlocuiți această componentă a structurii de fiecare dată când o inserție trebuie înlocuită..
Această invenție descrie o metodă pentru producerea unui compact sinterizat din ceramică cu carbură de bor care conține nanofibră de carbon (CNF) distribuite uniform pe suprafața sa. Ceramica este creată direct prin sintetizarea și sinterizarea simultană a unui amestec amorf B și C; rezultatele arată că un astfel de compact cu 15% în volum CNF prezintă proprietăți mecanice excelente, cum ar fi rezistența la încovoiere (710 MPa), Duritatea Vickers (364 GPa), și tenacitatea la fractură KIC (7.6 MPa*m1/2).
Beneficii
Carbura de bor este un material extrem de dur care poate fi format în diferite forme. Se mândrește cu rezistență superioară la uzură și rezistență la temperatură, și poate fi folosit chiar și ca abraziv în frezele cu jet de apă pentru a tăia metale și alte materiale. Carbura de bor a găsit, de asemenea, utilizare ca material pentru tije de control în centralele nucleare datorită capacității sale de a absorbi neutronii de energie termică, precum și fiind insolubilă în acid azotic și neafectată de mediile fierbinți cu fluorură de hidrogen..
Ceramica cu carbură de bor poate fi produsă prin diferite procedee, inclusiv sinterizarea fără presiune la temperatură ridicată (denumită în mod obișnuit sinterizarea cu plasmă scânteie; SPS). Pulberile SPS sunt amestecate cu nanofibre de carbon și sinterizate în forme dense folosind încălzire electrică cu curent continuu pulsat; aceasta produce o rezistență ridicată la îndoire în trei puncte și ceramică cu rezistență la abraziune, care produc bucăți durabile de îndoire în trei puncte din material ceramic din carbură de bor.