B4C-Keramik-Körperschutzplatte, schützende Bornitrid-Platte

Leistungsmerkmale von Borcarbid-Keramikplatten

1. Ultrahohe Härte und Verschleißfestigkeit: Die Mohshärte von Borcarbid beträgt 9,3 und ist nur geringfügig niedriger als die von Diamant und kubischem Bornitrid. Seine Mikrohärte liegt bei etwa 50 GPa, und seine Verschleißfestigkeit ist deutlich besser als die üblicher Metalle und keramischer Materialien wie Aluminiumoxid.

2. Geringe Dichte und hohe Festigkeit: Die Dichte beträgt 2,47–2,55 g/cm³, deutlich niedriger als die von Stahl und Siliciumcarbid-Keramiken. Bei Raumtemperatur kann die Biegefestigkeit 300–400 MPa erreichen, wodurch eine Kombination aus Leichtigkeit und struktureller Festigkeit gegeben ist.

3. Hohe Temperaturbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit: Der Schmelzpunkt von Borkarbid-Keramikplatten liegt bei 2450 °C, und sie können in einer inerten Atmosphäre stabil über 2000 °C betrieben werden. In Luft verläuft die Oxidationsreaktion unterhalb von 600 °C langsam. Bei Temperaturen über 800 °C bildet sich auf der Oberfläche ein dichter B₂O₃-Oxidfilm, der eine weitere Oxidation der inneren Materialien verhindert.

4. Neutronenabsorptionsfähigkeit: Das in Borkarbid enthaltene Isotop ¹⁰B weist einen hohen Wirkungsquerschnitt für Neutronenabsorption auf und erzeugt nach der Neutronenabsorption keine langlebigen radioaktiven Produkte. Es ist daher ein ideales Neutronenschutz- und Regelmaterial in der Kernindustrie.

5. Chemische Stabilität und elektrische Eigenschaften: Bei Raumtemperatur reagieren Borkarbid-Keramikplatten nicht mit Säuren, Laugen und den meisten organischen Lösungsmitteln, ausgenommen Flusssäure. Sie weisen eine bessere Korrosionsbeständigkeit als Metalle und übliche keramische Werkstoffe auf und besitzen zudem gute elektrische Isolierungseigenschaften.

Herstellungsverfahren von Borcarbid-Keramikplatten

Pulvervorbereitung: Die wichtigsten Methoden sind die karbothermische Reduktionsmethode, die direkte Synthesemethode, die selbstpropagierende Hochtemperatursynthese (Magnesium-Reduktionsmethode) und die chemische Gasphasenabscheidung. Dabei ist die karbothermische Reduktionsmethode derzeit aufgrund ihrer einfachen Handhabung und niedrigen Kosten das wichtigste industrielle Herstellungsverfahren.

Verformung: Es können Trockenpressformgebung, Gelinjektionsformgebung, isostatische Pressformgebung und andere Verfahren angewendet werden. Bei der Trockenpressformgebung wird Pulver mit einer kleinen Menge Bindemittel gemischt, granuliert und anschließend in einer Form unter Druck geformt. Die Gelinjektionsformgebung umfasst das Mischen von Keramikpulver mit organischen Monomeren usw., gefolgt von der Einspritzung in eine Form, um die Polymerisation und Aushärtung der Monomere auszulösen. Beim isostatischen Pressen wird die Eigenschaft von Flüssigkeiten genutzt, Druck gleichmäßig zu übertragen, wodurch auf die Probe von allen Seiten gleichmäßig Druck ausgeübt wird, um sie zu formen.

Sintern: Zu den gängigen Sinterverfahren gehören druckloses Sintern, Heißpress-Sintern, heißisostatisches Pressen und Entladungsplasma-Sintern usw. Beim Heißpress-Sintern erfolgt das Sintern von Materialien unter hohen Temperaturen und hohem Druck, wodurch keramische Produkte mit hoher Dichte und Festigkeit hergestellt werden können. Das drucklose Sinterverfahren ist einfach und kostengünstig, erfordert jedoch eine hohe Sintertemperatur, wobei die Körner neigung zur abnormalen Vergrößerung haben.

Anwendungsbereiche von Borkarbid-Keramikplatten

Im Bereich Schutz und Verschleißfestigkeit: Borcarbid-Keramiken weisen eine äußerst starke kovalente Bindungsstruktur und hervorragende Eigenschaften auf, wie z. B. ultrahohe Härte, hohe Biegefestigkeit, ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit. Sie sind sehr hochwertige schlagzähe, hitzebeständige und verschleißfeste Materialien und gehören ebenfalls zu den gängig verwendeten kugelsicheren Keramikmaterialien. Darüber hinaus besitzen Borcarbid-Keramiken eine hohe Wärmeaufnahmefähigkeit und einen extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch sie effektiv die Wärmeenergie von Geschossen absorbieren und eine leichte Verformung der Panzerung verhindern können. Unter mehreren gängigen kugelsicheren Keramiken weisen Borcarbid-Keramikplatten die höchste Härte bei gleichzeitig geringster Dichte auf. Daher gilt sie seit jeher als relativ ideales kugelsicheres Panzerungsmaterial. Sie ist das Kernmaterial für individuelle kugelsichere Westen, Fahrzeugpanzerungen und Schutzwände für Hubschrauber. Bei gleichem Schutzniveau wird das Gewicht der Ausrüstung im Vergleich zu Stahlpanzerung um mehr als 50 % reduziert. Zudem kann sie zu industriellen verschleißfesten Bauteilen wie Strahldüsen und Mahlkörpern verarbeitet werden, deren Lebensdauer das 5- bis 10-fache gewöhnlicher Metall- oder Aluminiumoxid-Keramikteile beträgt.

In der Kernindustrie: Für die Serienproduktion von Borcarbid-Keramiken wird eine fortschrittliche, druckfreie Sintertechnologie eingesetzt, die sich durch hohe Produktionsleistung, flexible Anpassung der keramischen Parameter und hohe Reinheit der Borcarbid-Produkte auszeichnet. Unser Unternehmen hat eine spezielle Formulierung für Borcarbid in der Kernenergie entwickelt. Ohne die Zugabe anderer Elemente erfüllen die verschiedenen Kennwerte der druckfrei gesinterten Borcarbid-Keramiken die Anforderungen der Kernenergieindustrie, und die Produkte bedürfen keiner umfangreichen Nachbearbeitung. Darüber hinaus können wir Borcarbid-Steuerelementkerne, Borcarbid-Schutzkugeln, Borcarbid-Abschirmplatten, Borcarbid-Schutzziegel, Borcarbid-Dünnschichten sowie andere neutronenabsorbierende Produkte in großen Mengen herstellen, die weithin in Kernreaktoren eingesetzt werden. Die von uns hergestellten Borcarbid-Keramiken ermöglichen eine effektive Steuerung der Neutronendichte im Reaktorinneren, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen, und verringern zudem das Risiko von Strahlungsaustritt während der Behandlung und dem Transport von radioaktivem Abfall.

Neben der Militär- und Kernenergieindustrie werden Borcarbid-Keramikplatten auch in zahlreichen zivilen Bereichen eingesetzt, wie beispielsweise bei kugelsicheren Scheiben und Panzerglas.

  
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