Piastra di protezione in corpo ceramico B4C, piastrella protettiva in carburo di boro

Caratteristiche prestazionali delle lastre ceramiche in carburo di boro

1. Durezza ultra-elevata e resistenza all'usura: La durezza Mohs del carburo di boro è 9,3, seconda solo al diamante e al nitruro di boro cubico. La sua microdurezza è di circa 50 GPa, e la sua resistenza all'usura è significativamente superiore a quella di comuni metalli e materiali ceramici come l'allumina.

2. Basso peso specifico e alta resistenza: La sua densità è compresa tra 2,47 e 2,55 g/cm³, significativamente inferiore a quella dell'acciaio e delle ceramiche al carburo di silicio. A temperatura ambiente, la sua resistenza alla flessione può raggiungere 300-400 MPa, caratterizzandosi per una combinazione di leggerezza e resistenza strutturale.

3. Resistenza alle alte temperature e all'ossidazione: Il punto di fusione delle lastre ceramiche di carburo di boro è di 2450 °C, e possono operare stabilmente a temperature superiori a 2000 °C in atmosfera inerte. In aria, la reazione di ossidazione è lenta al di sotto di 600 °C. Quando la temperatura supera gli 800 °C, sulla superficie si forma un film denso di ossido B₂O₃ che impedisce l'ulteriore ossidazione dei materiali interni.

4. Capacità di assorbimento neutronico: L'isotopo ¹⁰B contenuto nel carburo di boro presenta una elevata sezione d'urto per l'assorbimento di neutroni, e non genera prodotti radioattivi a vita lunga dopo aver assorbito neutroni. È un materiale ideale per lo schermaggio e il controllo neutronico nell'industria nucleare.

5. Stabilità chimica e proprietà elettriche: A temperatura ambiente, le lastre ceramiche di carburo di boro non reagiscono con acidi, basi e la maggior parte dei solventi organici, ad eccezione dell'acido fluoridrico. Presentano una resistenza alla corrosione migliore rispetto ai metalli e ai comuni materiali ceramici, oltre a buone proprietà di isolamento elettrico.

Processo di produzione di lastre ceramiche in carburo di boro

Preparazione in polvere: I metodi principali includono il metodo di riduzione termica con carbonio, il metodo di sintesi diretta, il metodo di sintesi ad alta temperatura auto-propagante (metodo di riduzione termica con magnesio) e il metodo di deposizione chimica da vapore, ecc. Tra questi, il metodo di riduzione carbotermica è attualmente il metodo di preparazione più importante nell'industria grazie alla sua semplicità operativa e ai costi contenuti.

Di stampaggio: Possono essere adottati metodi di stampaggio a pressione secca, stampaggio per iniezione di gel e stampaggio isostatico. Lo stampaggio a pressione secca prevede la miscelazione della polvere con una piccola quantità di legante, la granulazione e successivamente la pressatura in forma all'interno di uno stampo. Lo stampaggio per iniezione di gel consiste nel mescolare la polvere ceramica con monomeri organici, ecc., per poi iniettarla in uno stampo inducendo la polimerizzazione e la formazione dei monomeri. La pressatura isostatica è un processo che sfrutta la proprietà dei liquidi di trasferire uniformemente la pressione, applicando al campione una pressione uniforme da tutte le direzioni per modellarlo.

Sinterizzazione: I metodi di sinterizzazione comuni includono la sinterizzazione senza pressione, la sinterizzazione con pressatura a caldo, la sinterizzazione con pressione isostatica a caldo e la sinterizzazione con plasma a scintilla, ecc. La sinterizzazione con pressatura a caldo è un processo di sinterizzazione dei materiali in condizioni di alta temperatura e alta pressione, che permette di produrre prodotti ceramici ad alta densità e elevata resistenza. Il processo di sinterizzazione senza pressione è semplice ed economico, ma richiede temperature elevate e i granuli sono soggetti a crescita anomala.

Campi di applicazione delle lastre ceramiche al carburo di boro

Nel campo della protezione e della resistenza all'usura: le ceramiche al carburo di boro possiedono una struttura con legami covalenti estremamente forti e proprietà eccellenti, come durezza ultra elevata, elevata resistenza alla flessione, ottima resistenza all'ossidazione e buona resistenza alla corrosione. Sono materiali di altissima qualità resistenti agli urti, al calore e all'usura, ed appartengono tra i materiali ceramici anticorpo più comunemente utilizzati. Inoltre, le ceramiche al carburo di boro hanno un'elevata capacità di assorbimento del calore e un coefficiente di espansione termica estremamente basso, che permette di assorbire efficacemente l'energia termica dei proiettili e di evitare facilmente la deformazione dell'armatura. Tra diverse ceramiche anticorpo comunemente utilizzate, le lastre di ceramica al carburo di boro presentano la massima durezza ma la minore densità. Per questo motivo sono sempre state considerate un materiale ceramico anticorpo relativamente ideale. Costituiscono il materiale principale per giubbotti antiproiettile individuali, armature per veicoli da combattimento e pannelli protettivi per elicotteri. A parità di livello di protezione, il peso dell'equipaggiamento è ridotto di oltre il 50% rispetto all'acciaio balistico. Possono inoltre essere impiegate nella realizzazione di componenti industriali resistenti all'usura, come ugelli per sabbiatura e mezzi di macinazione, con una durata pari a 5-10 volte quella di comuni parti metalliche o in ceramica di allumina.

Nell'industria nucleare: Viene adottata un'avanzeria tecnologia di sinterizzazione senza pressatura per la produzione in serie di ceramiche al carburo di boro, caratterizzata da elevata efficienza produttiva, regolazione flessibile dei parametri ceramici e alta purezza dei prodotti in carburo di boro. La nostra azienda ha sviluppato una formula speciale per il carburo di boro destinato all'energia nucleare. Senza l'introduzione di altri elementi, i vari indicatori delle ceramiche al carburo di boro sinterate senza pressatura soddisfano i requisiti del settore nucleare, e i prodotti non richiedono lavorazioni estese. Inoltre, siamo in grado di produrre in massa anime per barre di controllo in carburo di boro, sfere protettive in carburo di boro, lastre schermanti in carburo di boro, mattoni protettivi in carburo di boro, fogli sottili in carburo di boro e altri prodotti assorbenti neutroni ampiamente utilizzati nei reattori nucleari. Le ceramiche al carburo di boro che produciamo possono controllare efficacemente la densità neutronica all'interno del reattore per mantenerne il funzionamento stabile, riducendo al contempo il rischio di fuoriuscite di radiazioni durante il trattamento e il trasporto dei rifiuti nucleari.

Oltre ai settori militare e dell'energia nucleare, le lastre in ceramica di carburo di boro sono ampiamente utilizzate anche in ambiti civili, come nei vetri antiproiettile e negli schermi blindati.

  
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