Bor karbür mevcut en zorlu mühendislik malzemelerinden biridir; yalnızca elmas ve kübik bor nitrür daha serttir. Yüksek bükülme mukavemetine sahip, iyi korozyon direnci, ve püskürtme nozulları ve pompa contaları gibi uygulamalara uygun termal iletkenlik. Bor karbür seramiğinin işlenmesi, yeşil veya bisküvi halinin sıkı toleranslara sahip olmaması ve sinterleme sırasında yaklaşık olarak büzülme göstermesi nedeniyle hem pahalı hem de zaman alıcı olabilir. 20%.
Üretim yöntemleri
Bor karbür (B4C) insanoğlunun bildiği en sert malzemelerden biridir, elmasla karşılaştırılabilecek bir sertlik derecesine ve termal stabiliteye sahiptir. Aşınma direncinin yüksek olduğu uygulamalarda kullanılır, düşük ağırlıkta dayanıklılık, veya termal stabilite çok önemlidir, askeri personel ve araçların patlayıcılara karşı balistik seramik zırh karosu koruması gibi, mermiler, parçalar veya diğer mermiler – bu özellikler B4C'yi paha biçilmez bir malzeme haline getiriyor.
bor karbür seramik nasıl yapılır? Geleneksel olarak, Tamamen yoğun bor karbür parçalar, kıvılcım plazma sinterlemenin yanı sıra sıcak presleme veya izostatik presleme gibi presleme teknikleri kullanılarak üretilmiştir.; bu yöntemler, Yine de, geometrik karmaşıklık ve boyut kısıtlamaları dahil olmak üzere birçok dezavantajla birlikte gelir, ekipman maliyeti gereksinimlerinin yanı sıra işleme gibi zorlu sinterleme sonrası işlemler.
Burada açıklanan buluşun önemi burada yatmaktadır: yeşil seramiklerin avantajlarını birleştiren bir bor karbür seramiği üretme yöntemiyle ilgilidir., bisküvi, veya kısmen sinterlenmiş bor karbür ile işlenmiş bor karbür seramiği.
Bu yöntem, amorf bir B ve C bileşeni içeren karışık ham maddelerin karbon nano elyaflarla eşit şekilde dağılmış bir durumda karıştırılmasını içerir., ve bu karışımın SPS yöntemi kullanılarak eş zamanlı sentez ve sinterlemeye tabi tutulması. Bu, yüksek B4C içeriğine ve üstün mekanik özelliklere sahip sinterlenmiş bir kompakt üretir; Bileşimi, farklı performans özellikleri için bor ve karbonun göreceli atomik yüzdeleri değiştirilerek uyarlanabilir..
Özellikler
Bor karbür B4C yaygın olarak tanınan bir seramik malzemedir, Düşük yoğunluğuyla öne çıkıyor, yüksek Hugoniot elastik limiti ve süper yüksek sertlik özellikleri. Fakat, birçok alanda uygulamalarını sınırlayan zayıf hasar toleransı ve dayanıklılıktan muzdariptir. Bu fiziksel-mekanik özellikleri geliştirmek için, araştırmacılar saf silikon Si'nin yanı sıra nadir metal bazlı oksitler de dahil olmak üzere çeşitli sinterleme katkı maddeleri eklemeyi denediler. [3,6,7] ancak bunlar sinterleme sıcaklığını/basıncını azaltabilir, böylece daha yoğun malzeme üretirken B4C'yi olağanüstü kılan bazı benzersiz özellikleri olumsuz yönde değiştirebilir.!
Son zamanlarda, Gelişmiş elektronikte özel malzemeler bir zorunluluk haline gelmiştir., uzay ve bilgisayar teknolojileri. Bunlar yüksek termal stabilitenin yanı sıra iyi aşınma direnci gerektirir – bor karbür seramiğin tatmin edebileceği bir şey.
bor karbür seramiği bilinen en sert maddelerden biridir ve olağanüstü bir dayanıklılığa sahiptir, aşındırıcı olarak kullanım ve titanyum gibi metal alaşımlarının kesilmesi için idealdir, alüminyum ve paslanmaz çelik. Üstelik, Çelik zırhtan daha hafif ve daha fazla darbe direncine sahip olduğundan, gücü kurşun geçirmez yelek imalatında kullanılmasına olanak sağlamıştır.; üzerindeki sıcaklıklara dayanabildiği için alüminyumdan daha fazla ısıya dayanıklıdır 1,800 erimeden uzun süreler boyunca santigrat derece, bu malzemeyi askeri uygulamalarda paha biçilmez hale getiriyor ve alüminyumun tek başına kaldıramayacağı kadar büyük miktarda strese dayanabilen son derece dayanıklı seramik versiyonları yapıyor! Son olarak bor karbür seramikler, aşırı dayanıklılık ve stres direnci sunarken, büyük mukavemet de aralarında yer alıyor..
Uygulamalar
Bor karbür son derece sert bir, Mükemmel aşınma direncine sahipken aynı zamanda yüksek sıcaklıklara dayanabilen dayanıklı malzeme. Kesme gibi birçok endüstriyel uygulamada kullanılır, bileme, parlatma ve alıştırma uygulamaları; Ayrıca askeri teçhizat ve helikopter gibi alttan gelen mermilere karşı korunmaya ihtiyaç duyan araçlarda zırh olarak kullanılan mükemmel bir aşındırıcı malzemedir..
Aşırı sertliği nedeniyle, bor karbürün delinmesi son derece zor olabilir – bu, bu malzemeden yapılmış seramik bileşenlere sahip yapılar inşa ederken belirli sorunlar yaratır. Geleneksel makine delme aletleri buna kolayca nüfuz edemez; bunun yerine verimli delme işlemleri için özel elmas matkapların kullanılması gerekebilir.
Bu sorunu çözmeye yönelik bir yaklaşım, bor karbür seramiklerinde delik açmak için tungsten karbür uç kullanmayı içerir.. Maalesef, bu yaklaşım hem verimsiz hem de zaman alıcıdır; bu nedenle, bir parçanın her değiştirilmesi gerektiğinde yapının bu bileşenini değiştirmeye veya çıkarmaya gerek kalmadan iç kısma erişim sağlayabilecek başka bir yol bulmak tercih edilecektir..
Bu buluş, karbon nano elyaf içeren bor karbür seramiğin sinterlenmiş kompaktının üretilmesine yönelik bir yöntemi açıklamaktadır. (CNF) yüzeyi boyunca eşit olarak dağılmış. Seramik, amorf bir B ve C karışımının eşzamanlı olarak sentezlenmesi ve sinterlenmesiyle doğrudan oluşturulur.; Sonuçlar böyle bir kompaktın olduğunu gösteriyor 15% hacimce CNF, bükülme mukavemeti gibi mükemmel mekanik özellikler sergiler (710 MPa), Vickers sertliği (364 not ortalaması), ve kırılma tokluğu KIC (7.6 MPa*m1/2).
Faydalar
Bor karbür çeşitli şekillerde şekillendirilebilen son derece sert bir malzemedir.. Üstün aşınma direnci ve sıcaklık direncine sahiptir, hatta metalleri ve diğer malzemeleri kesmek için su jeti kesicilerde aşındırıcı olarak bile kullanılabilir. Bor karbür, termal enerji nötronlarını absorbe edebilmesi, nitrik asitle çözünmemesi ve sıcak hidrojen florür ortamlarından etkilenmemesi nedeniyle nükleer enerji santrallerinde kontrol çubuğu malzemesi olarak da kullanım alanı bulmuştur..
Bor karbür seramiği çeşitli işlemler kullanılarak üretilebilir, yüksek sıcaklıkta basınçsız sinterleme dahil (genellikle kıvılcım plazma sinterleme olarak anılır; SPS'ler). SPS tozları karbon nanofiber ile karıştırılır ve darbeli doğru akım elektrikli ısıtma kullanılarak yoğun şekiller halinde sinterlenir; bu, dayanıklı üç noktadan bükülebilir seramik bor karbür malzeme parçaları üreten yüksek üç noktalı bükülme mukavemeti ve aşınma direncine sahip seramikler sağlar.