لوحة حماية من السيراميك كربيد البورون B4C، بلاطة واقية

الخصائص الأداء لصفائح كربيد البورون الخزفية

1. صلابة فائقة ومقاومة عالية للتآكل: تصل صلادة كربيد البورون حسب مقياس موهل إلى 9.3، وهي تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس ونتريد البورون المكعب. وتبلغ صلادتها المجهرية حوالي 50 جيجا باسكال، ومقاومتها للتآكل تفوق بشكل كبير المعادن والمواد الخزفية الشائعة مثل الألومينا.

2. كثافة منخفضة وقوة عالية: تتراوح كثافتها بين 2.47-2.55 غم/سم³، وهي أقل بكثير من كثافة الفولاذ والخزفيات كربيد السيليكون. ويمكن أن تصل مقاومتها للانحناء عند درجة حرارة الغرفة إلى 300-400 ميغاباسكال، مما يجعلها تجمع بين خفة الوزن والمتانة الهيكلية.

3. مقاومة عالية للحرارة والأكسدة: نقطة انصهار صفائح السيراميك كربيد البورون هي 2450°م، ويمكنها العمل بثبات عند درجات حرارة تزيد عن 2000°م في بيئة خاملة. في الهواء، تكون عملية الأكسدة بطيئة عند درجات حرارة أقل من 600°م. وعندما تتجاوز درجة الحرارة 800°م، يتكون فيلم كثيف من أكسيد B₂O₃ على السطح، مما يمنع أكسدة المواد الداخلية بشكل إضافي.

4. قدرة امتصاص النيوترونات: النظير ¹⁰B الموجود في كربيد البورون له مقطع عرضي مرتفع لامتصاص النيوترونات، ولا تُنتج أي منتجات مشعة طويلة الأمد بعد امتصاص النيوترونات. وبالتالي، فإنه مادة مثالية للتحصين والتحكم بالنيوترونات في الصناعة النووية.

5. الاستقرار الكيميائي والخصائص الكهربائية: عند درجة حرارة الغرفة، لا تتفاعل صفائح السيراميك كربيد البورون مع الأحماض أو القلويات ومعظم المذيبات العضوية باستثناء حمض الهيدروفلوريك. وهي تمتلك مقاومة تآكل أفضل من المعادن والمواد السيراميكية الشائعة، كما تتمتع بعازلية كهربائية جيدة.

عملية تصنيع صفائح السيراميك كربيد البورون

إعداد المسحوق: تشمل الطرق الرئيسية طريقة الاختزال الحراري بالكربون، وطريقة التركيب المباشر، وطريقة التخليق عالي الحرارة ذاتي الانتشار (طريقة الاختزال الحراري بالمغنيسيوم)، وطريقة الترسيب الكيميائي من البخار، إلخ. من بينها، تُعد طريقة الاختزال الحراري بالكربون حاليًا الطريقة الأكثر أهمية في الصناعة نظرًا لبساطة تشغيلها وانخفاض تكلفتها.

التشكيل: يمكن اعتماد طرق مثل التشكيل بالضغط الجاف، والتشكيل بالحقن الهلامي، والتشكيل بالضغط المتساوي، وطرق أخرى. يتضمن التشكيل بالضغط الجاف مزج المسحوق مع كمية صغيرة من المادة الرابطة، ثم تحبيبه، وبعد ذلك ضغطه في قالب للحصول على الشكل المطلوب. أما التشكيل بالحقن الهلامي فيتضمن مزج مسحوق السيراميك مع مونومرات عضوية وغيرها، ثم حقنه في قالب لبدء عملية البلمرة والتشكيل للمونومرات. والضغط المتساوي هو عملية تستفيد من خاصية السوائل في نقل الضغط بشكل موحد، حيث يتم تطبيق ضغط موحد على العينة من جميع الاتجاهات لتشكيلها.

التصلب: تشمل طرق التلبيد الشائعة التلبيد بدون ضغط، والتلبيد بالضغط الساخن، والتلبيد بالضغط الساخن المتماثل، والتلبيد ببلازما الشرارة، إلخ. يُعد التلبيد بالضغط الساخن عملية لتصنيع المواد في ظل ظروف حرارة وضغط عاليين، ويمكنه إنتاج منتجات سيراميكية ذات كثافة ومقاومة عالية. تتميز عملية التلبيد بدون ضغط بالبساطة والتكلفة المنخفضة، لكن درجة حرارة التلبيد تكون مرتفعة، وتنمو الحبيبات بسهولة بشكل غير طبيعي.

مجالات تطبيق صفائح الكاربيد البوروني السيراميكية

في مجال الحماية ومقاومة البلى: تمتلك السيراميك الكاربايد البوروني بنية رابطة تساهمية قوية للغاية وخصائص ممتازة، مثل الصلادة الفائقة، وقوة الانحناء العالية، ومقاومة الأكسدة الممتازة، ومقاومة التآكل الجيدة. وهي مواد مقاومة للتأثير والحرارة والبلى عالية الجودة جدًا، كما تُعد واحدة من المواد السيراميكية الشائعة الاستخدام في صنع الدروع bulletproof. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع السيراميك الكاربايد البوروني بقدرة قوية على امتصاص الحرارة ومعامل تمدد حراري منخفض جدًا، ما يمكنه من امتصاص طاقة حرارة الرصاصات بكفاءة ومنع تشوه الدروع بسهولة. من بين عدة أنواع شائعة من السيراميك bulletproof، تتميّز صفائح السيراميك الكاربايد البوروني بأعلى درجة من الصلادة وأدنى كثافة. وبالتالي، يُنظر إليها دائمًا باعتبارها مادة سيراميكية مثالية نسبيًا للدروع bulletproof. وهي المادة الأساسية المستخدمة في الأطواق الفردية المقاومة للرصاص، ودروع المركبات القتالية، ولوحات الحماية الخاصة بالطائرات المروحية. عند نفس مستوى الحماية، يتم تقليل وزن المعدات بنسبة تزيد عن 50٪ مقارنةً بالدروع الفولاذية. ويمكن أيضًا تصنيعها إلى أجزاء صناعية مقاومة للاحتكاك مثل فوهات الرش الرملي ووسائط الطحن، حيث تبلغ مدة عمرها التشغيلي 5 إلى 10 مرات مقارنة بالأجزاء المعدنية العادية أو أجزاء السيراميك الألومينا.

في الصناعة النووية: تُعتمد تقنية التلبيد المتطورة بدون ضغط لإنتاج دفعات من السيراميك كربيد البورون، وتتميز بكفاءة إنتاج عالية، وقابلية للتعديل المرن لمعلمات السيراميك، ونقاء عالٍ في منتجات كربيد البورون. وقد طوّرت شركتنا صيغة خاصة لكربيد البورون المستخدم في الطاقة النووية. وبلا إدخال عناصر أخرى، تفي المؤشرات المختلفة للسيراميك كربيد البورون المُلبد بدون ضغط بمتطلبات قطاع الطاقة النووية، ولا تتطلب المنتجات عمليات تصنيع مكثفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكننا إنتاج كميات كبيرة من نوى قضبان التحكم من كربيد البورون، وكرات الحماية من كربيد البورون، ولوحات الحجب من كربيد البورون، والطوب الواقي من كربيد البورون، والأوراق الرقيقة من كربيد البورون، وغيرها من منتجات امتصاص النيوترونات التي تُستخدم على نطاق واسع في المفاعلات النووية. ويمكن لسيراميك كربيد البورون الذي ننتجه أن يتحكم بشكل فعال بكثافة النيوترونات داخل المفاعل للحفاظ على التشغيل المستقر، كما يقلل من خطر التسرب الإشعاعي أثناء معالجة ونقل النفايات النووية.

بالإضافة إلى الصناعات العسكرية وصناعات الطاقة النووية، تُستخدم صفائح الكاربيد البورونية الخزفية على نطاق واسع في المجالات المدنية، مثل الزجاج المقاوم للرصاص والنوافذ الواقية من الرصاص.

  
المعلمات