Карбид бора — один из самых прочных конструкционных материалов.; тверже только алмаз и кубический нитрид бора. С высокой прочностью на изгиб, хорошая коррозионная стойкость, и теплопроводность, благоприятная для таких применений, как струйные сопла и уплотнения насосов.. Machining boron carbide ceramic can be both expensive and time consuming due to its green or biscuit state not holding tight tolerances and shrinkage during sintering by about 20%.
Methods of manufacturing
Карбид бора (B4C) is one of the hardest materials known to man, boasting a hardness rating comparable to diamond and thermal stability. Used in applications where high wear resistance, strength at low weight, or thermal stability is crucial, 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.
как сделать керамику из карбида бора? 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.
This method involves mixing mixed raw materials containing an amorphous B and C component with carbon nano fibers in an evenly dispersed state, and subjecting this mixture to simultaneous synthesis and sintering using the SPS method. This produces a sintered compact with high B4C content and superior mechanical properties; его состав можно адаптировать, изменяя относительное атомное процентное содержание бора и углерода для различных эксплуатационных характеристик..
Характеристики
Карбид бора B4C — широко известный керамический материал., отличается низкой плотностью, высокий предел упругости по Гюгонио и сверхвысокие свойства твердости. Однако, он страдает от плохой устойчивости к повреждениям и прочности, что ограничивает его применение во многих областях.. Для улучшения этих физико-механических свойств, Исследователи пробовали добавлять различные спекающие добавки, включая оксиды на основе редких металлов, а также чистый кремний Si. [3,6,7] но они могут снизить температуру/давление спекания, что приведет к получению более плотного материала, одновременно отрицательно изменяя некоторые уникальные свойства, которые делают B4C исключительным.!
Недавно, специальные материалы стали необходимостью в современной электронной, 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, its strength has allowed it to be utilized for bulletproof vest manufacturing as it’s lighter than steel armor with greater impact resistance; more heat-resistant than aluminum as it can withstand temperatures over 1,800 degrees Celsius for extended periods without melting, making this material invaluable in military applications and highly resilient ceramic versions that withstand great amounts of stress than aluminum can ever manage alone! Lastly boron carbide ceramics offer extreme durability and stress resistance with great strength being among their ranks being.
Applications
Boron carbide is an extremely hard, durable material capable of withstanding high temperatures while possessing great wear resistance. Used in many industrial applications such as cutting, grinding, polishing and lapping applications; 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; вместо этого для эффективных операций бурения может потребоваться использование специализированных алмазных сверл..
Один из подходов к решению этой проблемы заключается в использовании вставки из карбида вольфрама для сверления отверстий в керамике из карбида бора.. К сожалению, этот подход неэффективен и отнимает много времени; таким образом, было бы предпочтительнее найти другое средство, которое могло бы обеспечить доступ к внутренней части без необходимости замены или удаления и замены этого компонента конструкции каждый раз, когда требуется замена вставки..
В настоящем изобретении описан способ производства спеченной прессовки из керамики из карбида бора, содержащей углеродное нановолокно. (КНФ) равномерно распределены по его поверхности. Керамика создается непосредственно путем одновременного синтеза и спекания аморфной смеси B и C.; результаты показывают, что один такой компакт с 15% по объему CNF демонстрирует превосходные механические свойства, такие как прочность на изгиб. (710 МПа), Твердость по Виккерсу (364 ГПа), и вязкость разрушения KIC (7.6 МПа*м1/2).
Преимущества
Карбид бора — чрезвычайно твердый материал, которому можно придавать различные формы.. Он обладает превосходной износостойкостью и термостойкостью., и может даже использоваться в качестве абразива в гидроабразивных резаках для резки металлов и других материалов.. Карбид бора также нашел применение в качестве материала регулирующего стержня на атомных электростанциях благодаря его способности поглощать нейтроны тепловой энергии, а также нерастворимости в азотной кислоте и невлиянию на горячую среду фтористого водорода..
Керамику из карбида бора можно производить различными способами., включая спекание без давления при высокой температуре (commonly referred to as spark plasma sintering; SPS). SPS powders are mixed with carbon nanofiber and sintered into dense shapes using pulsed direct current electric heating; this yields high three-point bending strength and abrasion resistance ceramics that produce durable three-point bendable pieces of ceramic boron carbide material.