Boron cacbua là một trong những vật liệu kỹ thuật cứng nhất hiện có; chỉ có kim cương và boron nitrit khối là cứng hơn. Với độ bền uốn cao, chống ăn mòn tốt, và tính dẫn nhiệt thuận lợi cho các ứng dụng như vòi phun và phốt bơm. Gia công gốm cacbua boron có thể vừa tốn kém vừa tốn thời gian do trạng thái xanh hoặc bánh quy của nó không giữ được dung sai chặt chẽ và độ co ngót trong quá trình thiêu kết khoảng 20%.
Phương pháp sản xuất
cacbua boron (B4C) là một trong những vật liệu cứng nhất mà con người biết đến, tự hào về độ cứng tương đương với kim cương và độ ổn định nhiệt. Được sử dụng trong các ứng dụng có khả năng chống mài mòn cao, sức mạnh ở trọng lượng thấp, hoặc sự ổn định nhiệt là rất quan trọng, chẳng hạn như gạch áo giáp gốm đạn đạo bảo vệ quân nhân và phương tiện chống lại chất nổ, đạn, mảnh vỡ hoặc đạn khác – những đặc điểm này làm cho B4C trở thành một vật liệu vô giá.
cách làm gốm boron cacbua? Theo truyền thống, Các bộ phận cacbua boron dày đặc hoàn toàn đã được sản xuất bằng cách sử dụng các kỹ thuật ép như ép nóng hoặc ép đẳng tĩnh cũng như thiêu kết tia lửa plasma; những phương pháp này, Tuy nhiên, đi kèm với một số nhược điểm bao gồm độ phức tạp hình học và hạn chế về kích thước, yêu cầu về chi phí thiết bị cũng như các quy trình sau thiêu kết đòi hỏi khắt khe như gia công.
Ở đây có ý nghĩa của sáng chế được mô tả ở đây: nó liên quan đến một phương pháp sản xuất gốm cacbua boron kết hợp những ưu điểm của xanh, bánh quy, hoặc cacbua boron thiêu kết một phần với gốm cacbua boron được chế tạo bằng máy.
Phương pháp này bao gồm việc trộn các nguyên liệu thô hỗn hợp có chứa thành phần B và C vô định hình với sợi nano carbon ở trạng thái phân tán đều., và đưa hỗn hợp này vào quá trình tổng hợp và thiêu kết đồng thời bằng phương pháp SPS. Điều này tạo ra vật liệu nén thiêu kết có hàm lượng B4C cao và các đặc tính cơ học vượt trội; thành phần của nó có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ phần trăm nguyên tử tương đối của boron và carbon cho các đặc tính hiệu suất khác nhau.
Của cải
Boron cacbua B4C là vật liệu gốm được công nhận rộng rãi, được phân biệt bởi mật độ thấp, giới hạn đàn hồi Hugoniot cao và đặc tính độ cứng siêu cao. Tuy nhiên, nó có khả năng chịu thiệt hại kém và sức mạnh hạn chế ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực. Để tăng cường các tính chất cơ lý này, các nhà nghiên cứu đã thử bổ sung nhiều chất phụ gia thiêu kết khác nhau bao gồm oxit dựa trên kim loại hiếm cũng như silicon Si nguyên chất. [3,6,7] nhưng những thứ này có thể làm giảm nhiệt độ/áp suất thiêu kết, do đó tạo ra vật liệu đặc hơn, đồng thời làm thay đổi tiêu cực một số tính chất độc đáo khiến B4C trở nên đặc biệt!
Gần đây, vật liệu đặc biệt đã trở thành một điều cần thiết trong điện tử tiên tiến, công nghệ không gian và máy tính. Chúng đòi hỏi độ ổn định nhiệt cao cũng như khả năng chống mài mòn tốt – thứ mà gốm cacbua boron có thể đáp ứng.
gốm cacbua boron là một trong những chất cứng nhất được biết đến và có độ bền đặc biệt, làm cho nó trở nên lý tưởng để sử dụng làm chất mài mòn và cắt các hợp kim kim loại như titan, nhôm và thép không gỉ. Hơn nữa, sức mạnh của nó đã cho phép nó được sử dụng để sản xuất áo chống đạn vì nó nhẹ hơn áo giáp thép với khả năng chống va đập cao hơn; chịu nhiệt tốt hơn nhôm vì nó có thể chịu được nhiệt độ trên 1,800 độ C trong thời gian dài mà không tan chảy, làm cho vật liệu này trở nên vô giá trong các ứng dụng quân sự và các phiên bản gốm có độ đàn hồi cao, chịu được áp lực lớn hơn nhôm có thể xử lý một mình! Cuối cùng, gốm cacbua boron mang lại độ bền cực cao và khả năng chống chịu ứng suất với độ bền cao nằm trong hàng ngũ của chúng..
Ứng dụng
Boron cacbua là một chất cực kỳ cứng, vật liệu bền có khả năng chịu được nhiệt độ cao đồng thời có khả năng chống mài mòn lớn. Được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp như cắt, mài, ứng dụng đánh bóng và mài; Ngoài ra, nó còn tạo ra một vật liệu mài mòn tuyệt vời được sử dụng làm áo giáp cho các thiết bị quân sự và phương tiện như máy bay trực thăng cần được bảo vệ khỏi đạn pháo từ bên dưới.
Do độ cứng cực cao của nó, cacbua boron có thể cực kỳ khó để khoan xuyên qua – điều này gây ra những vấn đề đặc biệt khi xây dựng các cấu trúc bằng các thành phần gốm được làm từ vật liệu này. Dụng cụ khoan máy thông thường không thể xuyên qua nó dễ dàng; thay vào đó, có thể cần phải sử dụng máy khoan kim cương chuyên dụng để hoạt động khoan hiệu quả.
Một cách tiếp cận để giải quyết vấn đề này liên quan đến việc sử dụng vật liệu chèn cacbua vonfram để khoan lỗ xuyên qua gốm cacbua boron. Không may, Cách tiếp cận này vừa không hiệu quả vừa tốn thời gian; do đó, tốt hơn là nên tìm một phương tiện khác có thể cho phép tiếp cận bên trong mà không cần phải thay đổi hoặc loại bỏ và thay thế thành phần cấu trúc này mỗi khi cần thay thế phần chèn.
Sáng chế này mô tả phương pháp sản xuất gốm boron cacbua thiêu kết có chứa sợi nano cacbon. (CNF) phân bố đều trên bề mặt của nó. Gốm được tạo ra trực tiếp bằng cách tổng hợp và thiêu kết đồng thời hỗn hợp B và C vô định hình; kết quả cho thấy rằng một nhỏ gọn như vậy với 15% theo thể tích CNF thể hiện các tính chất cơ học tuyệt vời như độ bền uốn (710 MPa), Độ cứng Vickers (364 GPa), và độ bền gãy KIC (7.6 MPa*m1/2).
Những lợi ích
Cacbua boron là một vật liệu cực kỳ cứng có thể được tạo thành nhiều hình dạng khác nhau. Nó tự hào có khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt độ vượt trội, và thậm chí có thể được sử dụng làm chất mài mòn trong máy cắt tia nước để cắt kim loại và các vật liệu khác. Boron cacbua cũng được sử dụng làm vật liệu thanh điều khiển trong các nhà máy điện hạt nhân do khả năng hấp thụ neutron năng lượng nhiệt cũng như không hòa tan với axit nitric và không bị ảnh hưởng bởi môi trường hydro florua nóng.
Gốm cacbua Boron có thể được sản xuất bằng nhiều quy trình khác nhau, bao gồm thiêu kết không áp suất ở nhiệt độ cao (thường được gọi là thiêu kết tia lửa plasma; SPS). Bột SPS được trộn với sợi nano carbon và thiêu kết thành các hình dạng dày đặc bằng cách sử dụng hệ thống sưởi điện một chiều xung; điều này mang lại gốm có độ bền uốn ba điểm và khả năng chống mài mòn cao, tạo ra các mảnh vật liệu boron cacbua gốm có thể uốn cong ba điểm bền.