Карбид бора (B4C) — это бинарное соединение бора с углеродом, которое имеет формулу B4C. Это чёрные кристаллы с ромбоэдрической решеткой, полученные путём восстановления оксида бора углеродом при 2000 °C.
Является одним из самых химически стойких веществ. Он не окисляется на воздухе до 600 °C, не растворяется в воде, концентрированных кислотах, но разрушается кипящими растворами щелочей. Он не взаимодействует с азотом, фосфором, серой до 1250 °C. Он реагирует с хлором при 1000 °C с образованием трёххлористого бора и углерода.
Где применяется?
Применяется в различных областях промышленности благодаря своим уникальным свойствам. Вот некоторые из них:
- Абразивные, шлифовальные материалы. Имеет высокую твёрдость (49,1 ГПа), которая превышает твёрдость алмаза (40 ГПа). Он используется для изготовления шлифовальных кругов, паст, порошков, других абразивов, которые способны обрабатывать самые твёрдые, жаропрочные материалы, такие как стали, керамика, стекло, даже алмазы.
- Химическая посуда. Имеет высокую химическую стойкость, жаростойкость (температура плавления 2350 °C, температура разложения >2450 °C). Он используется для изготовления химической посуды, которая может выдерживать агрессивные среды, высокие температуры.
- Защитные пластины для бронежилетов. Имеет высокую плотность (2,52 г/см³), модуль упругости (450 ГПа), что делает его прочным, жестким материалом. Он используется для изготовления защитных пластин для бронежилетов, которые способны останавливать пули, осколки.
- Электроника. Имеет высокую теплопроводность (121 Вт/ (м·К) при 300 К, 62,8 Вт/ (м·К) при 970 К), низкий коэффициент теплового расширения (9,5·10 −6 К −1 при T = 300…1100 К). Он используется для изготовления теплоотводов, подложек, диодов, других электронных компонентов, которые требуют эффективного охлаждения, стабильности размеров при высоких температурах.
- Ядерная промышленность. Обогащённый изотопом 10 B, имеет высокую способность поглощать нейтроны. Он используется для изготовления контрольных стержней, защитных экранов, других элементов ядерных реакторов.
Характеристики
В таблице ниже приведены некоторые характеристики в сравнении с другими материалами:
Материал | Твёрдость, ГПа | Температура плавления, °C | Теплопроводность, Вт/ (м·К) | Плотность, г/см³ |
---|---|---|---|---|
Карбид бора | 49,1 | 2350 | 121 (300 К) | 2,52 |
Алмаз | 40 | 3550 | 900 (300 К) | 3,51 |
Карбид кремния | 28 | 2830 | 490 (300 К) | 3,21 |
Карбид титана | 25 | 3140 | 22 (300 К) | 4,93 |
Карбид вольфрама | 20 | 2870 | 110 (300 К) | 15,63 |
Как видно из таблицы, карбид бора обладает самой высокой твёрдостью среди всех материалов. Он также имеет высокую температуру плавления, теплопроводность. Его плотность ниже, чем у других карбидов, что делает его легче, экономичнее.