B4Cセラミック製ボディプロテクションプレート 炭化ホウ素保護タイル

炭化ホウ素セラミックシートの性能特性

1. 超高硬度および優れた耐摩耗性：炭化ホウ素のモース硬度は9.3で、ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素に次いで高い。微小硬度は約50GPaであり、アルミナなどの一般的な金属やセラミック材料と比べて著しく優れた耐摩耗性を有しています。

2. 低密度かつ高強度：密度は2.47～2.55g/cm³で、鋼材や炭化ケイ素セラミックスと比べて著しく低いです。常温での曲げ強度は300～400MPaに達し、軽量性と構造的強度を兼ね備えています。

3. 耐高温性および酸化抵抗性：炭化ホウ素セラミック板の融点は2450℃であり、不活性雰囲気中では2000℃以上で安定して動作可能です。空気中では600℃以下では酸化反応が遅く、温度が800℃を超えると表面に緻密なB₂O₃酸化皮膜が形成され、内部材料のさらなる酸化を防ぎます。

4. 中性子吸収能力：炭化ホウ素に含まれる¹⁰B同位体は中性子に対して高い吸収断面積を持ち、中性子を吸収した後も長寿命の放射性生成物を生じないため、核産業における理想的な中性子遮蔽・制御材料です。

5. 化学的安定性および電気的特性：常温において、炭化ホウ素セラミック板はフッ化水素酸を除き、酸・アルカリおよびほとんどの有機溶剤と反応しません。金属や一般的なセラミック材料よりも優れた耐食性を持ち、良好な電気絶縁性も有しています。

炭化ホウ素セラミックシートの製造プロセス

粉末準備： 主な方法には、炭素熱還元法、直接合成法、自己伝播高温合成法（マグネシウム熱還元法）、化学気相堆積法などがある。その中でも、カーボン熱還元法は操作が簡単でコストが低いため、現在産業界で最も重要な製法となっている。

鋳造: 乾式プレス成形、ゲルインジェクション成形、等方圧プレス成形などの方法を採用できる。乾式プレス成形は、粉末に少量のバインダーを混合し、顆粒化した後、金型内で加圧して成形するものである。ゲルインジェクション成形は、セラミック粉末を有機モノマーなどと混合し、その後金型に注入してモノマーの重合および成形を引き起こすものである。等方圧プレスは、液体が圧力を均一に伝達する性質を利用し、試料に対してあらゆる方向から均一に圧力をかけて成形するプロセスである。

シンター: 一般的な焼結方法には、無圧焼結、熱間等方圧焼結、ホットプレス焼結、火花プラズマ焼結などがあります。ホットプレス焼結は高温および高圧条件下で材料を焼結するプロセスであり、高密度かつ高強度のセラミック製品を製造できます。無圧焼結はプロセスが簡単で低コストですが、焼結温度が高く、粒子が異常成長しやすいという欠点があります。

炭化ホウ素セラミック板の応用分野

保護および耐摩耗性の分野において、炭化ホウ素セラミックスは極めて強い共有結合構造を持ち、超高硬度、高い曲げ強度、優れた酸化抵抗性および良好な耐食性といった優れた特性を有しています。これらは非常に高品質な耐衝撃性、耐熱性および耐摩耗性材料であり、また一般的に使用される防弾セラミック材料の一つでもあります。さらに、炭化ホウ素セラミックスは高い熱吸収能力と極めて低い熱膨張係数を持っており、弾丸の熱エネルギーを効果的に吸収し、装甲が容易に変形するのを防ぐことができます。いくつかの一般的に使用される防弾セラミックの中で、炭化ホウ素セラミック板は最も高い硬度を持ちながら、最も低い密度です。このため、長年にわたり比較的理想的な防弾装甲用セラミックと見なされてきました。個別用防弾ベスト、戦闘車両装甲、ヘリコプター用防護板の核心材料です。同等の防護レベルにおいて、鋼製装甲と比較して装備重量を50％以上削減できます。また、サンドブラストノズルや粉砕媒体などの産業用耐摩耗部品としても製造でき、普通の金属またはアルミナセラミック部品と比べて5〜10倍の使用寿命があります。

原子力産業において： 炭化ホウ素セラミックスの量産には、高効率な加圧なし焼結技術を採用しており、生産効率が高く、セラミックスの諸特性を柔軟に調整でき、高純度の炭化ホウ素製品を得ることが可能です。当社は原子力用の特殊な炭化ホウ素配合材を開発しました。他の元素を添加することなく、加圧なし焼結した炭化ホウ素セラミックスの各種指標が原子力産業の要件を満たしており、製品は大がかりな機械加工を必要としません。さらに、炭化ホウ素制御棒芯、炭化ホウ素保護球、炭化ホウ素遮蔽板、炭化ホウ素保護ブロック、炭化ホウ素薄板などの中性子吸収製品を大量生産することが可能で、これらは原子炉内で広く使用されています。当社が製造する炭化ホウ素セラミックスは、原子炉内のの中性子密度を効果的に制御し、安定した運転を維持するだけでなく、核廃棄物の処理および輸送時の放射線漏れリスクを低減することもできます。

炭化ホウ素セラミックシートは、軍事および原子力産業に加えて、防弾ガラスや防弾窓など民間分野でも広く使用されています。

  
パラメータ