Карбід бору є одним із найміцніших доступних інженерних матеріалів; тільки алмаз і кубічний нітрид бору твердіші. З високою міцністю на вигин, хороша стійкість до корозії, і теплопровідність, сприятлива для таких застосувань, як струйні сопла та ущільнення насоса. Механічна обробка кераміки з карбіду бору може бути як дорогою, так і довготривалою через те, що її зелений або бісквітний стан не дотримується жорстких допусків і усадки під час спікання приблизно 20%.
Способи виготовлення
Карбід бору (B4C) є одним із найтвердіших матеріалів, відомих людству, має рейтинг твердості, порівнянний з алмазом, і термічну стабільність. Використовується там, де висока зносостійкість, міцність при малій вазі, або термічна стабільність має вирішальне значення, наприклад балістична керамічна броня для захисту військових і транспортних засобів від вибухівки, кулі, осколки або інші снаряди – ці характеристики роблять B4C безцінним матеріалом.
як зробити кераміку з карбіду бору? Традиційно, повністю щільні деталі з карбіду бору були виготовлені за допомогою методів пресування, таких як гаряче пресування або ізостатичне пресування, а також іскрове плазмове спікання; ці методи, проте, мають кілька недоліків, включаючи геометричну складність і обмеження розміру, вимоги до вартості обладнання, а також вимогливі процеси після спікання, такі як механічна обробка.
У цьому полягає значення винаходу, описаного тут: це стосується методу виробництва кераміки з карбіду бору, який поєднує в собі переваги зеленого кольору, бісквітне печиво, або частково спечений карбід бору з механічно виготовленою керамікою з карбіду бору.
Цей метод передбачає змішування змішаної сировини, що містить аморфний компонент B і C, з вуглецевими нановолокнами в рівномірно диспергованому стані, і піддавання цієї суміші одночасному синтезу та спіканню методом SPS. Це дає спечений прес з високим вмістом B4C і чудовими механічними властивостями; його склад можна адаптувати, змінюючи відносний атомний відсоток бору та вуглецю для різних робочих характеристик.
Властивості
Карбід бору B4C є широко визнаним керамічним матеріалом, відрізняється низькою щільністю, висока межа пружності Гюгоніо та властивості надвисокої твердості. Проте, він страждає від поганої толерантності до пошкоджень і міцності, що обмежує його застосування в багатьох сферах. Для посилення цих фізико-механічних властивостей, Дослідники намагалися додати різні добавки для спікання, включаючи оксиди на основі рідкісних металів, а також чистий кремній Si [3,6,7] але вони можуть знизити температуру/тиск спікання, таким чином утворюючи більш щільний і щільний матеріал, одночасно негативно змінюючи деякі унікальні властивості, які роблять B4C винятковим!
Нещодавно, спеціальні матеріали стали необхідністю в сучасній електроніці, космічні та комп'ютерні технології. Вони вимагають високої термічної стабільності, а також хорошої стійкості до стирання – щось може задовольнити кераміка з карбіду бору.
Кераміка з карбіду бору є однією з найтвердіших відомих речовин і має виняткову міцність, що робить його ідеальним для використання як абразиву та для різання металевих сплавів, таких як титан, алюміній і нержавіюча сталь. Крім того, його міцність дозволила використовувати його для виготовлення бронежилетів, оскільки він легший за сталеву броню та має більшу ударостійкість; більш термостійкий, ніж алюміній, оскільки він може витримувати температуру вище 1,800 градусів Цельсія протягом тривалого часу без плавлення, що робить цей матеріал безцінним у військових цілях, а також високоміцні керамічні версії, які витримують великі навантаження, ніж алюміній може впоратися сам по собі! Кераміка з карбіду бору забезпечує надзвичайну довговічність і стійкість до навантажень із великою міцністю, що входить до її рядів..
Додатки
Карбід бору надзвичайно твердий, міцний матеріал, здатний витримувати високі температури, володіючи високою зносостійкістю. Використовується в багатьох промислових цілях, таких як різання, шліфування, полірування та притирання; Крім того, це чудовий абразивний матеріал, який використовується як броня військової техніки та транспортних засобів, таких як вертольоти, які потребують захисту від влучень снарядів знизу.
Завдяки своїй надзвичайній твердості, карбід бору може бути надзвичайно складним для просвердлювання – це створює особливі проблеми при будівництві конструкцій з керамічними компонентами, виготовленими з цього матеріалу. Звичайні свердлильні інструменти не можуть легко пробити його; натомість для ефективних операцій буріння може знадобитися використовувати спеціалізовані алмазні свердла.
Один із підходів до вирішення цієї проблеми передбачає використання вставки з карбіду вольфраму для свердління отворів у кераміці з карбіду бору.. На жаль, цей підхід неефективний і забирає багато часу; таким чином, було б краще знайти інший засіб, який міг би забезпечити доступ до інтер’єру без необхідності заміни або видалення та заміни цього компонента конструкції щоразу, коли потрібно замінити вставку.
У цьому винаході описано спосіб виробництва спеченої компактної заготовки з кераміки карбіду бору, яка містить вуглецеві нановолокна. (CNF) рівномірно розподілені по його поверхні. Кераміка створюється безпосередньо шляхом одночасного синтезу та спікання аморфної суміші B і C; результати показують, що один такий компакт с 15% за об'ємом CNF демонструє відмінні механічні властивості, такі як міцність на вигин (710 МПа), Твердість за Віккерсом (364 ГПа), і в'язкість руйнування KIC (7.6 МПа*м1/2).
Переваги
Карбід бору є надзвичайно твердим матеріалом, якому можна формувати різні форми. Він може похвалитися чудовою зносостійкістю та термостійкістю, і навіть може використовуватися як абразив у водоструминних різаках для різання металів та інших матеріалів. Карбід бору також знайшов застосування як матеріал керуючого стрижня на атомних електростанціях завдяки його здатності поглинати нейтрони теплової енергії, а також тому, що він не розчиняється в азотній кислоті та не піддається впливу гарячого фтористого водню..
Кераміку з карбіду бору можна виготовляти за допомогою різних процесів, включаючи спікання без тиску при високій температурі (зазвичай називають іскровим плазмовим спіканням; SPS). Порошки SPS змішуються з вуглецевими нановолокнами та спікаються в щільні форми за допомогою імпульсного електричного нагріву постійного струму; це дає високу міцність на триточкове згинання та стійкість до стирання кераміки, яка виробляє міцні шматки керамічного карбіду бору, що згинаються у трьох точках.