Bor karbür nedir? Ne işe yarar? Özellikleri

Bor karbür nedir? Ne işe yarar? Özellikleri, fiziksel ve kimyasal özellikleri, yapısı, reaksiyonu, kullanım alanları nelerdir? Bor karbür hakkında bilmedikleriniz

Bor karbür nedir?

Bor karbür, (B4C), kristalin bor ve karbon bileşiğidir.

Aşındırıcı ve aşınmaya dayanıklı ürünlerde, hafif kompozit malzemelerde ve nükleer enerji üretimi için kontrol çubuklarında kullanılan son derece sert, sentetik olarak üretilmiş bir malzemedir.

Bu maden, çok sert bir bor-karbon seramik ve kovalent malzemedir. Madde tank zırhı, kurşun geçirmez yelekler, motor sabotaj tozlarının içinde olduğu çok sayıda endüstriyel uygulama alanına sahiptir.

Mohs sertliği 9 ile 10 arasında olan bu maden, bilinen en sert sentetik maddelerden biridir ve yalnızca kübik bor nitrür ve elmas ile aşılır.

Aşındırıcı olarak, metal ve seramik ürünlerin alıştırılmasında (ince aşındırma) toz halinde kullanılır, ancak 400-500 ° C (750-930 ° F) düşük oksidasyon sıcaklığı, sertleştirilmiş takım çeliklerinin öğütülmesinin ısısına dayanamamasına neden olur.

Sertliği ve çok düşük yoğunluğu nedeniyle askeri zırhlarda ve yüksek performanslı bisikletlerde alüminyuma takviye maddesi olarak uygulama bulmuş ve aşınma direnci kumlama nozullarında ve pompa contalarında kullanılmasına neden olmuştur.

Bir nötron emici olan bu maden, nükleer reaktörlerdeki fisyon oranını kontrol etmek için toz halinde veya katılaşmış halde kullanılır.

Bu maden, bir elektrikli fırında yüksek sıcaklıklarda bor oksidin karbonla indirgenmesiyle üretilir.

Öğütmeden sonra siyah toz, 2.000 ° C’yi (3.630 ° F) aşan sıcaklıklarda preslenerek katılaşır. Erime noktası yaklaşık 2.350 ° C’dir (4.260 ° F).

Bu maden (kimyasal formül BCC), tank zırhında, kurşun geçirmez yeleklerde, motor sabotaj tozlarında ve diğer çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılan bir bor–karbon seramik ve kovalent maddedir.

Bilinen en sert malzemelerden biridir, sadece kübik bor nitrür ve elmastan sonra ikinci sıradadır ve Vickers sertliği> 30 gpa’dır.

Bor karbür ile ilgili bunu biliyor muydun?

Bu malzeme, seramik, tank zırhında, kurşun geçirmez yeleklerde, motor sabotaj tozlarında ve diğer çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılan kovalent bir maddedir.

Günümüz otomobillerinde kullanılan bor çeliğinin şekli son derece güçlüdür.

Bor çeliğinin akma noktası yaklaşık 1.350–1.400 N / mm2’dir (196.000–203.000 psi).

Bu, standart yüksek mukavemetli çeliğin gücünün yaklaşık dört katıdır.

Bor Karbürün Yapısı

Bor Karbür Kristal Yapısı

Bu maden, ikosahedronlara odaklanan boritlerin özelliği olan karmaşık bir kristal yapıya sahiptir.

B ic ic ikosahedra, birim hücrenin ortasındaki bir C-B-C zinciri etrafında eşkenar dörtgen bir kafes birimi (uzay grubu: R3m, kafes sabitleri: a = 0,56 nm ve c = 1,212 nm) oluşturur ve tüm karbon atomları komşu üç ikosahedrayı birbirine bağlar.

B ic ic icosahedra ve köprü karbonları, c düzlemine paralel uzanan ve c ekseni boyunca istiflenerek katmanlı bir yapı oluşturan bir ağ düzlemi oluşturur.

B ic ic ikosahedron ve B6 oktahedron, kafesin iki temel yapısal birimidir. B₆ oktahedra, küçük boyutlarından dolayı bağlanamayacak kadar küçüktür.

Bunun yerine, komşu katmandaki B ic ic icosahedra’ya bağlanırlar ve bu da c düzlemi bağını zayıflatır.

“İdeal” bor karbürün kimyasal formülü bazen B asCc₃ olarak yazılır ve bor karbürün karbon eksikliği, B12yapısal birim nedeniyle B andCc₃ ve B₁CC birimlerinin bir kombinasyonu olarak tanımlanır.

Bazı araştırmalar, bir veya daha fazla karbon atomunun bor ikosahedrasına dahil edilebileceğini öne sürerek, stokiyometrinin karbon ağırlıklı ucunda B₁₁CCBC = BCC gibi formüllerle, ancak Brich( (CBB) = BrichC gibi formüllerle sonuçlanır.

Bor bakımından zengin uçta. Bu nedenle “bu maden”, tek bir bileşikten ziyade değişen bileşimlere sahip bileşikler ailesidir.

BCB((CBC) = B₆.CC, sık bulunan bir element oranına yaklaşan ortak bir ara maddedir.

BCC bileşiminin kristal simetrisi ve BmetC compositions bileşimlerinin metalik olmayan elektriksel karakteri, kuantum mekanik hesaplamalara göre, kristaldeki farklı konumlardaki bor ve karbon atomları arasındaki konfigürasyon bozukluğu ile belirlenir.

Bor Karbür Özellikleri

Bor Karbür Fiziksel Özellikleri

• Yoğunluğu yaklaşık 2,52 g / cm3’tür.
• Erime noktası 2445 ° C’dir.
• Bu madenin sertliği 2900 – 3580Kg / mm2 (Knoop 100 g) arasında değişmektedir.
• Bu madenin kırılma tokluğu 2.9 – 3.7 MPam−1/2’dir
• Young’ın bor karbür modülü 450 – 470 gpa’dır.
• Bu madenin 25 ° C’de elektriksel iletkenliği 140 S’dir.
• 25 ° C’de ısı iletkenliği 30 – 42 W / mk’dır.
• Bu madenin termal nötron yakalaması 600 ahırdır.

Bor Karbür Kimyasal Özellikleri

Bu maden, yüksek tokluğa (Mohs sertlik ölçeğinde kabaca 9,5 ila 9,75), nötron emilimi için büyük bir kesite (yani güçlü nötron koruma özelliklerine) ve iyonlaştırıcı radyasyona ve çoğu kimyasala karşı dirence sahip sert bir maddedir.

• Vickers sertliği (38 GPa),
• Elastik Modül (460 GPa) ve kırılma tokluğu (3,5 MPam-1/2)
• (hepsi diamond’ınkine benzer (1150 not ortalaması ve 5,3 MPam-1/2).
• Elmas ve kübik bor nitrürden sonra bor karbür, 2015 itibariyle tanımlanan en sert üçüncü malzemedir ve ona “kara elmas” lakabını kazandırmıştır.”
• Bu maden, elektronik özelliklerine hakim atlamalı taşıma tipine sahip bir yarı iletkendir. Enerji aralığı, hem bileşim hem de düzen derecesi ile belirlenir.
• Bant aralığı 2.09 eV olarak ölçülür ve fotolüminesans spektrumu birkaç orta bant aralığı durumu ile karmaşıktır.
• İçerik genellikle p tipindedir.

Bor Karbürün Hazırlanması

Bu maden ilk olarak 1899 yılında Henri Moissan tarafından bir elektrik ark ocağında karbon varlığında bor trioksitin karbon veya magnezyum ile indirgenmesiyle sentezlendi.

Karbon durumunda reaksiyon, B aboveC erime noktasının üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleşir ve önemli miktarda karbon monoksitin salınmasına neden olur.

Magnezyum kullanılırsa, reaksiyon bir grafit potada gerçekleştirilebilir ve magnezyum yan ürünleri asit muamelesi ile ekstrakte edilir.

2BCc + + 7C → BCC + 6CO

Oksitten% 95 saflıkta bor, toz magnezyum ile birleştirilerek yapılabilir:

BOo + + 3Mg → 2B + 3MgO

Isıtılmış bir tantal filaman üzerinden bir bcl₃ veya bbr₃ ve hidrojen karışımı geçirilerek, yüksek saflıkta bor (>% 99,9) elde edilebilir:

2bbr₃(g) + 3H →(g) → 2B (s) + 6HBr (g)

Bor Karbürün Reaksiyonu

Bu maden tozunun oksidasyonu, su buharı varlığında 250 ° C’ye, su buharı yokluğunda 450 ° C’ye kadar düşük sıcaklıklarda gözlenmiştir.

Su buharı, B oxidationo oxidation oksidasyon maddesini 550 below – 600Cc’nin altındaki oksidasyon hızından daha hızlı bir oranda uzaklaştırır. B surfaceC yüzeyinde B presenceo presence bulunması, HOO oksidasyonunu inhibe etti, ancak hava oksidasyonunu engellemedi.

Oranın suyun kısmi basıncı ile doğrusal bir ilişkisi olduğu bulundu. Su – BCC reaksiyonu için aktivasyon enerjisi 11 kcal / mol iken, hava – B reactionC reaksiyonu için 45 kcal / mol idi. Kuru hava, 700’e ulaşmadan önce su buharından daha yavaş oksitlenir (235 mm’lik bir su kısmi basıncı için).

Reaksiyon Mekanizması Bağlı Bor Karbür

Hava Oksidasyonu

BCC + 4O → → 2bOo → (l) + CO →

Su Oksidasyonu

BCC + 8H →o → 2BOO(l) + CO + + 8H →

BCC + 6H →o → 2BOO(l) + C + 6H →

B Transporto Transport Taşıma

BOo + + H →O → 2HBO →(g)

Bor karbür tarihi

Bu maden, 19. yüzyılda metal borür reaksiyonlarının bir yan ürünü olarak keşfedildi, ancak kimyasal bileşimi bilinmiyordu.

Kimyasal bileşim, BCC olarak belirlendiği 1930’lara kadar belirlenmedi.

Malzemenin tam 4: 1 stokiyometrisi, doğası gereği bu formülde hala biraz karbon eksikliği olduğu için bir tartışma noktası olarak kaldı ve X-ışını kristalografisi, yapısının oldukça karmaşık olduğunu ortaya koyuyor.

CBC zincirleri ve B ic ic icosahedra karışımı

Bu özellikler, basit bir kesin B₄C ampirik formülüne karşı çıktı. “İdeal” bor karbür kimyasal formülü bazen B₁₂C₃ olarak yazılır ve bor karbür karbon eksikliği B₁₂C₃ ve B₁₂ CBC birimlerin bir arada, B₁₂ yapısal birimine bağlı olarak tanımlanır.

Bor Karbürün Kullanım Alanları

• Kişisel ve araç anti-balistik zırh kaplamada
• Bu malzeme, diğer malzemelerle (vücut veya kişisel zırh dahil) birlikte balistik zırh olarak da kullanılır.
• Malzemenin yüksek sertlik, yüksek elastik modül ve düşük yoğunluk kombinasyonu, yüksek hızlı mermilere karşı olağanüstü benzersiz durma gücü sağlar.
• Kumlama nozullarında
• Yüksek aşınma ve aşınma direnci nedeniyle, bulamaç pompalama nozulları, kumlama nozulları ve su jeti kesiciler olarak kullanılır.
• Yüksek basınçlı su jeti kesici nozullarda
• Çizilmeye ve aşınmaya dayanıklı kaplamalarda
• Aletleri kesmek için
  
• Aşındırıcı, parlatma ve alıştırma uygulamalarında kullanılan bir tozun yanı sıra, yüksek sertliği nedeniyle su jeti ile kesme gibi kesme uygulamalarında gevşek bir aşındırıcıdır.
• Elmas aletlerin parlatılması için de kullanışlıdır.
• Nükleer reaktörlerde nötron emici olarak
  
• Malzemenin uzun ömürlü radyonüklidler üretmeden nötronları emme yeteneği, onu nükleer santrallerde nötron emici olarak çekici kılar.
• Yalıtım, kontrol çubukları ve kapatma peletleri gibi nükleer uygulamalarda kullanılır.
• Metal matriks kompozitlerde
• Katı yakıtlı ramjetler için yüksek enerjili yakıt
• Araçların fren balatalarında

Bor Karbür ile ilgili Önemli Noktalar

• Tetraboron karbürün formülü B₄c’dir.
• Tetraboron karbürün yoğunluğu 2,52 g / cm3’tür.
• Molar kütlesi 55.255 g / mol’dür.
• Kristal yapısının şekli eşkenar dörtgendir.
• Erime noktası 2.763 ° C’dir (5.005 ° F; 3.036 K)
• B₄C Bor karbür, su gibi polar bileşiklerde çözünmez.

Türkiye’de bor karbür üretimi

Türkiye’nin ilk ve stratejik tesislerinden biri olacak, savunma sanayinin gücüne güç katacak bor karbür tesisi, Balıkesir’in Bandırma ilçesinde 19 mart 2023 tarihinde açılmıştır.

Türkiye, dünya bor rezervinin yüzde 73’üne sahiptir.

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı öncülüğünde, Eti Maden tarafından yapılan çalışmalarla bor madeninin katma değerli yolculuğu hız kesmeden sürmektedir.

Cevherin, borik asite dönüşümüyle başlayan süreç, borik asitten bor karbür üretimi ile devam etmektedir.

Ülkemizde yıllık kaç ton bor karbür üretilecektir? 

Milli enerji ve maden politika kapsamında 2019’da temeli atılan Türkiye’nin ilk bor karbür tesisi olan fabrikada tam kapasite çalıştığında 279 kişiye istihdam sağlayacak ve yılda 1000 ton bor karbür üretilecektir.

Elmas ve kübik bordan sonra en sert üçüncü madde olan bor karbür başta savunma sanayi olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır.

.