À quoi sert la poudre de carbure de bore ?

Carbure de bore est un cristal noir à éclat métallique, également connu sous le nom de diamant noir, qui appartient aux matériaux inorganiques non métalliques. À l'heure actuelle, tout le monde connaît le matériau du carbure de bore, qui peut être dû à l'application d'une armure pare-balles, car il a la densité la plus faible parmi les matériaux céramiques, présente les avantages d'un module d'élasticité élevé et d'une dureté élevée, et peut obtenir une bonne utilisation. de micro-fracture pour absorber les projectiles. L'effet de l'énergie, tout en maintenant la charge aussi faible que possible. Mais en fait, le carbure de bore possède de nombreuses autres propriétés uniques, qui peuvent lui permettre de jouer un rôle important dans les abrasifs, les matériaux réfractaires, l'industrie nucléaire, l'aérospatiale et d'autres domaines.

Propriétés du carbure de bore

En termes de propriétés physiques, la dureté du carbure de bore n'est qu'après le diamant et le nitrure de bore cubique, et il peut toujours maintenir une résistance élevée à des températures élevées, ce qui peut être utilisé comme matériau idéal résistant à l'usure à haute température ; la densité du carbure de bore est très faible (la densité théorique n'est que de 2,52 g/cm3), plus légère que les matériaux céramiques ordinaires et peut être utilisée dans le domaine aérospatial ; Le carbure de bore a une forte capacité d'absorption des neutrons, une bonne stabilité thermique et un point de fusion de 2450°C, il est donc également largement utilisé dans l'industrie nucléaire. La capacité d'absorption des neutrons du neutron peut être encore améliorée en ajoutant des éléments B ; les matériaux en carbure de bore ayant une morphologie et une structure spécifiques possèdent également des propriétés photoélectriques spéciales ; de plus, le carbure de bore a un point de fusion élevé, un module d'élasticité élevé, un faible coefficient de dilatation et de bons avantages. Ces avantages en font un matériau d'application potentiel dans de nombreux domaines tels que la métallurgie, l'industrie chimique, les machines, l'aérospatiale et l'industrie militaire. Par exemple, des pièces résistantes à la corrosion et à l'usure, pour la fabrication de blindages pare-balles, de barres de commande de réacteur et d'éléments thermoélectriques, etc.

En termes de propriétés chimiques, le carbure de bore ne réagit pas avec les acides, les alcalis et la plupart des composés inorganiques à température ambiante, et réagit à peine avec l'oxygène et les gaz halogènes à température ambiante, et ses propriétés chimiques sont stables. De plus, la poudre de carbure de bore est activée par l'halogène en tant qu'agent de boruration de l'acier, et le bore s'infiltre à la surface de l'acier pour former un film de borure de fer, améliorant ainsi la résistance et la résistance à l'usure du matériau, et ses propriétés chimiques sont excellentes.

Nous savons tous que la nature du matériau détermine son utilisation. Dans quelles applications la poudre de carbure de bore présente-t-elle des performances exceptionnelles ? Les ingénieurs du centre R&D d’UrbanMines Tech. Co., Ltd. a fait le résumé suivant.

Application du carbure de bore

1. Le carbure de bore est utilisé comme abrasif de polissage

L’application du carbure de bore comme abrasif est principalement utilisée pour le meulage et le polissage du saphir. Parmi les matériaux ultradurs, la dureté du carbure de bore est meilleure que celle de l'oxyde d'aluminium et du carbure de silicium, juste derrière le diamant et le nitrure de bore cubique. Le saphir est le matériau de substrat le plus idéal pour les diodes électroluminescentes (DEL) semi-conductrices GaN/Al 2 O3, les circuits intégrés à grande échelle SOI et SOS et les films de nanostructure supraconductrices. La douceur de la surface est très élevée et doit être ultra-lisse. Aucun degré de dommage. En raison de la haute résistance et de la dureté élevée du verre saphir (dureté Mohs 9), il a posé de grandes difficultés aux entreprises de transformation.

Du point de vue des matériaux et du meulage, les meilleurs matériaux pour le traitement et le meulage des cristaux de saphir sont le diamant synthétique, le carbure de bore, le carbure de silicium et le dioxyde de silicium. La dureté du diamant artificiel est trop élevée (dureté Mohs 10) lors du meulage de la plaquette de saphir, cela rayera la surface, affectera la transmission de la lumière de la plaquette et le prix est cher ; après avoir coupé du carbure de silicium, la rugosité RA est généralement élevée et la planéité est mauvaise ; Cependant, la dureté de la silice n'est pas suffisante (dureté Mohs 7) et la force de broyage est faible, ce qui prend du temps et demande beaucoup de travail dans le processus de broyage. Par conséquent, l'abrasif au carbure de bore (dureté Mohs 9,3) est devenu le matériau le plus idéal pour le traitement et le meulage des cristaux de saphir, et présente d'excellentes performances dans le meulage double face des plaquettes de saphir ainsi que dans l'amincissement et le polissage arrière des plaquettes épitaxiales LED à base de saphir.

Il convient de mentionner que lorsque le carbure de bore est supérieur à 600 °C, la surface sera oxydée en un film B2O3, ce qui la ramollira dans une certaine mesure, elle ne convient donc pas au meulage à sec à trop haute température dans les applications abrasives, mais convient uniquement pour polir le meulage liquide. Cependant, cette propriété empêche le B4C de s’oxyder davantage, ce qui lui confère des avantages uniques dans l’application de matériaux réfractaires.

2. Application aux matériaux réfractaires

Le carbure de bore présente les caractéristiques d'antioxydation et de résistance aux températures élevées. Il est généralement utilisé comme matériaux réfractaires avancés façonnés et non façonnés et est largement utilisé dans divers domaines de la métallurgie, tels que les poêles en acier et les meubles de four.

Avec les besoins d'économie d'énergie et de réduction de la consommation dans l'industrie sidérurgique et la fusion d'acier à faible teneur en carbone et d'acier à très faible teneur en carbone, la recherche et le développement de briques de magnésie-carbone à faible teneur en carbone (généralement <8% de teneur en carbone) avec d'excellentes performances a attiré de plus en plus l'attention des industries nationales et étrangères. À l'heure actuelle, les performances des briques de magnésie-carbone à faible teneur en carbone sont généralement améliorées en améliorant la structure du carbone lié, en optimisant la structure matricielle des briques de magnésie-carbone et en ajoutant des antioxydants à haute efficacité. Parmi eux, du carbone graphité composé de carbure de bore de qualité industrielle et de noir de carbone partiellement graphité est utilisé. La poudre composite noire, utilisée comme source de carbone et antioxydant pour les briques magnésie-carbone à faible teneur en carbone, a obtenu de bons résultats.

Étant donné que le carbure de bore se ramollit dans une certaine mesure à haute température, il peut se fixer à la surface d'autres particules de matériau. Même si le produit est densifié, le film d'oxyde B2O3 en surface peut former une certaine protection et jouer un rôle anti-oxydant. Dans le même temps, étant donné que les cristaux colonnaires générés par la réaction sont répartis dans la matrice et les espaces du matériau réfractaire, la porosité est réduite, la résistance à la température moyenne est améliorée et le volume des cristaux générés se dilate, ce qui peut guérir le volume. rétrécissement et réduire les fissures.

3. Matériaux pare-balles utilisés pour renforcer la défense nationale

En raison de sa dureté élevée, de sa résistance élevée, de sa faible densité et de son niveau élevé de résistance balistique, le carbure de bore s'inscrit particulièrement dans la tendance des matériaux pare-balles légers. C'est le meilleur matériau pare-balles pour la protection des avions, des véhicules, des blindages et des corps humains ; Actuellement, certains pays ont proposé des recherches à faible coût sur les blindages antibalistiques en carbure de bore, dans le but de promouvoir l'utilisation à grande échelle des blindages antibalistiques en carbure de bore dans l'industrie de la défense.

4. Application dans l'industrie nucléaire

Le carbure de bore a une section efficace d'absorption des neutrons élevée et un large spectre d'énergie neutronique, et est internationalement reconnu comme le meilleur absorbeur de neutrons pour l'industrie nucléaire. Parmi eux, la section thermique de l'isotope du bore-10 atteint 347 × 10-24 cm2, juste derrière quelques éléments tels que le gadolinium, le samarium et le cadmium, et constitue un absorbeur de neutrons thermiques efficace. De plus, le carbure de bore est riche en ressources, résistant à la corrosion, bonne stabilité thermique, ne produit pas d'isotopes radioactifs et a une faible énergie de rayon secondaire, de sorte que le carbure de bore est largement utilisé comme matériaux de contrôle et de protection dans les réacteurs nucléaires.

Par exemple, dans l'industrie nucléaire, le réacteur refroidi au gaz à haute température utilise un système d'arrêt à bille absorbant le bore comme deuxième système d'arrêt. En cas d'accident, lorsque le premier système d'arrêt tombe en panne, le deuxième système d'arrêt utilise un grand nombre de pastilles de carbure de bore. Chute libre dans le canal de la couche réfléchissante du cœur du réacteur, etc., pour arrêter le réacteur et réaliser du froid. arrêt, dans lequel la bille absorbante est une bille de graphite contenant du carbure de bore. La fonction principale du noyau de carbure de bore dans le réacteur refroidi au gaz à haute température est de contrôler la puissance et la sécurité du réacteur. La brique de carbone est imprégnée d'un matériau absorbant les neutrons en carbure de bore, ce qui peut réduire l'irradiation neutronique de la cuve sous pression du réacteur.

Actuellement, les matériaux borurés pour les réacteurs nucléaires comprennent principalement les matériaux suivants : carbure de bore (barres de commande, barres de blindage), acide borique (modérateur, liquide de refroidissement), acier au bore (barres de commande et matériaux de stockage du combustible nucléaire et des déchets nucléaires), bore Europium. (matériau toxique combustible), etc.