Борын карбид Моосын масштабаар 9.3–9.5-ын хооронд байрладаг бөгөөд вольфрамын карбидаас (8.5–9.0) ба гангаас (4–4.5) илүү хатуу байдаг тул зөвхөн алмас, кубын нитрид борын ард тавигддаг. ~30 ГПа Виккерсын хатуу чанартай борын карбид нь илүү хатуу материалууд цагийн дотор жижигхэн трещин үүсгэдэг өндөр стресст цахилгаан болгох нөхцөлд деформацид тэсвэртэй байдаг.
650 км/цаг-аас дээш хурдтай үед борын карбидын хатуужил нь шимэгдэлтийн эсэргүүцэлтэй шууд хамааралтай байдаг. Лабораторийн зохиомжилсон туршилтууд нь цахиурлаг шар хайрга агуулсан орчинд борын карбидын изэврэх хурд хатууруулсан гангаас 12 дахин бага байдгийг харуулж байна. Түүний атомын бүтэц нь пластик деформацид эсэргүүцдэг тул уран карбид савхнуудад удаан хэрэглэсний дараа үүсдэг "ирмэг үүсэх" үзэгдлийг саатуулдаг.
| Материал | Изэврэх хурд (г/кг шар хайрга) | Ажиллах хугацаа (цаг) |
|---|---|---|
| Борын Карбид | 0.08 | 750–1,200 |
| Тунгстен карбид | 0.23 | 300–500 |
| Хромын агууламж өндөртэй ган | 0.97 | 50–80 |
Эдгээр үр дүнгүүд нь хяналттай элсэлтийн туршилтаас гарсан бөгөөд (P50 гранат, 80 psi) борын карбид савхны цагаачилсан гэмтлийг илүү үр дүнтэй саатуулах чадварыг харуулж байна.
Борын карбидийн шинтэрж хэлбэржсэн микроструктур нь мөргөлдөөнийг жигд тараах холбоослогдсон бөөрөмхийн захын сүлжээтэй бөгөөд уламжлалт материалынхаас харьцуулахад хурц цэг дээрх хүчдлийг 37%-иар бууруулдаг. Шалгах туршилтын дараа 1000 цагаас дээш хугацааны дараа ч гадаргуугийн давхарга бүхэлдээ хадгалагдаж байгаа бол, ижил нөхцөлд ган саваан дээр 200–300 мкм-ийн гүнзгийрэл үүссэн байна.
Абразив эвдэлтэнд ихэвчлэн тохиолддог хурдан температурын хэлбэлзэл үед борын карбид бүтцийн бүхэл байдлыг хадгалдаг. Хамгийн ихдээ 600°C-аас дээш температуртай байх үед ч бага термик задарсан коэффициент нь хүчдлийн хагарлыг хамгийн бага болгодог. Энэ тэсвэрт чанар нь дахин дахин халах, хөргөх циклд микро трещин үүсэхээс сэргийлдэг тул металлын гадаргууг бэлтгэх зэрэг өндөр интенсивтэй ажиллагаанд тохиромжтой.
Борын карбид нь хүчиллэг эсвэл шүлтлэг зовхийн эсрэг, чийгшилтийн урвалд тэсвэртэй бөгөөд задралд орохгүй. Хамаагүй судалгаанууд нь pH-ийн хэтрэл (2–12) дахь 500 цагаас дээш үргэлжилсэн нөхцөлд ямар нэгэн хэмжигдэх задрал ажиглагдаагүйг харуулсан. Энэ тогтвортой байдал нь ган савааны савахад тохиолддог цэврүүтэлт, исэлдэлтийг бүрмөсөн арилгаж, цаашлаад зовхийн урсгалын тогтмол байдлыг хангана.
400°C температурт борын карбид нь анхны хатуулаг байдлынхаа 92%-ийг хадгалж байх бөгөөд вольфрамын карбидийн (78%) болон ганы (54%) үзүүлэлтээс илүү давуу талтай. Энэхүү дулааны тэсвэрт чадвар нь урт хугацааны ажиллагааны үед деформацийг саатуулж, зогсолтын цагийг хамгийн бага хэмжээнд хүргэдэг. Дулааны цахилгааны дотор талын цохилтоос авсан өгөгдлөөр 550°C-ийн тасралтгүй нөхцөлд карбидийн бусад хувилбаруудтай харьцуулахад 40% илүү их бүтээмжтэй байв.
2024 оны Триалдах Материалын Үйл ажиллагааны Тайлангаас гарсан дүгнэлтээр борын карбид саван нь индстрийн нөхцөлд цагаан тугалганыхаас 5 дахин, вольфрамын карбидтай харьцуулахад 1.8 дахин илүү үргэлжлэх хугацаатай байдаг. Энэхүү бат бөх чанар нь (30–35 ГПа Виккерс) маш их хатуу чанарын баялагтай байдлаас үүдэн өндөр хурдтай орчих үед материал ямагт алдагдахаас хамгаалдаг. Гол туршлагын ажиглалтууд:
Микро трещиныг эсэргүүцэж элэгдэлийг удаашруулах замаар борын карбид засвар үйлчилгээний интервалыг уртасгаж, шахах даралтыг хэвийн түвшинд хадгалж чаддаг.
Хатуужлын түвшнийг харьцуулахад борын карбид нь ойролцоогоор 2,400-3,100 HV1-ийн хооронд байдаг. Энэ нь 2,300-2,600 HV1-ийн хооронд байдаг вольфрамын карбидийг давж гарах бөгөөд цахиурын карбидийн 1,400-1,600 HV1-ээс хамаагүй илүү өндөр юм. Борын карбидын нөгөө их давуу тал бол хөнгөн жин юм. Учир нь түүний нягт нь зөвхөн 2.5 г/см³ байдаг бол цахиурын карбидийнх 3.16 г/см³ байдаг. Үүнийгээр үйлдвэрлэгчид хүчтэй боловч ажиллагааны үед маш хүнд болохоос зайлсхийсэн савангуудыг үйлдвэрлэх боломжтой болдог. Эдгээр материалуудын хугарлын тэсвэрт чадал ихэвчлэн 2-4 MPa·m¹/² хооронд байх тул бараг ижилхэн байдаг. Гэсэн хэдий ч борын карбидыг ялангуяа онцлог болгох нь түүний гайхалтай хатуужил нь тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрийн нөхцөлд их даралтанд өртөх үед трещинуудын тархахийг зогсооход тусалдаг явдал юм.
Борын карбид савхан дорголтууд нь төмөртэй харьцулахад ойролцоогоор арван гурав дахин илүү өртөмжтэй байдаг ч хугацаа өнгөрөх тутамд мөнгө хэмнэдэг. Олборлолтын компаниуд эдгээр үнэтэй савхан дорголтууд жилд дунджаар шууд солих шаардлагагүй болсноор зөвхөн таван жилийн дотор нийт зардлыг ойролцоогоор жаран хоёр хувиар бууруулж чаддагийг олж мэджээ. Жилдэх 500 цагаас доош ажилладаг жижиг үйлдвэрлүүлэгчид анхны үед вольфрамын карбидыг илүү тохиромжтой гэж үзэж болох юм. Харин томоохон үйлдвэрлүүлэгчид? Тэдний хувьд ийм борын карбид систем нь маш удаан үргэлжилдэг тул ихэвчлэн найм-тусгаар сараас хойш анхны хөрөнгө оруулалтаа буцааж авдаг. Бидний ярьж буй үйлчилгээний хугацаа нь 18 мянга цагаас давах бөгөөд вольфрамын карбидтай харьцуулахад бараг хоёр дахин илүү үргэлжилдэг. Ийм тэсвэрт чанар нь хугацааны туршид үйл ажиллагааны зардлыг тооцох үед ихээхэн ялгаа гаргадаг.
Шэйл дээрх шургалтын үйл ажиллагааны үр дүнд борын карбидын савх хэрэглэснээр гайхамшигтай үр дүн гарч байна. Эдгээр савхнууд цементэн хашлага руу тасралтгүй 2000 цагийн турш эвдэлтэнд орсны дараа ч анхны хэмжээнийхээ 90% -ийг хадгалж чаддаг. Энэ нь их хэмжээний цахиур агуулсан зөгийн материалтай ажиллах үед 40% илүү хурдан изантай байдаг цахиур карбидын өөр хувилбаруудтай харьцуулахад хамаагүй илүү сайн юм. Талбайн бригадууд өөр нэг зүйлийг анзаарсан. Хуучин вольфрамын карбидын загваруудтай харьцуулахад тэд засвар үйлчилгээний тулд 35% бага зогсох шаардлагатай болсон. Энэ ялгаа нь давстай ус ихтэй бүс нутгийн хувьд маш ихээр харагддаг. Яагаад гэвэл бор нь бусад материалын адил хлоридтой урвалд ордоггүй тул олон шургалтын системийг гэмтээдэг энэ бага цоорхойжилтын асуудал бага тохиолддог.
Хэт өндөр температур (2,200°C-с дээш) ба хяналттай агаарын дунд орчинд даралттай шахалтыг ашиглан борын карбидийг онц өндөр нягтшил (онолын 98%-иас дээш) хүртэл нэгэн төрлийн болгох нь сүүлийн үеийн үйлдвэрлэлийн технологийн гол онцлог юм. Энэхүү процесс нь урьд нь хугарлын эхлэл болдог микроскопын хоосон зайг бүрэн арилгаж, ийнхүү нэгэн төрлийн бүтцийг бий болгоно. Үүний үр дүнд хугарлын тэсвэрт чадал 15%-иар сайжирч, өндөр мөргөлдөөнтэй нөхцөлд ашиглагдах төхөөрөмжийн ажиллах хугацаа шууд уртасна.
Энэ үед тооцооллын шингэний динамик, эсвэл CFD нь хэтрэхийг бууруулахад зориулан нарийсах ховилын хэлбэрүүдийг инженерүүд хэрхэн загварчлахыг тодорхойлж байна. Бодит ертөнцөд хийсэн туршилтууд ч гэсэн илүү сайн үр дүнг харуулж байгаа бөгөөд эдгээр муруй хэлбэрүүд гаралтын хурдны алдагдлыг ойролцоогоор 22 хувиар бууруулах болон ханын элэгдлийг ойролцоогоор 31 хувиар багасгаж байна. Энэ нь практикт ач холбогдолтой хязгаарын диаметр ижил ажиллагааны нөхцөлд хуучин шулуун ховилын загваруудтай харьцуулахад ойролцоогоор гурван дахин илүү урт хугацаагаар тогтвортой байна гэсэн үг юм. Засвар үйлчилгээний багийн хувьд энэ нь цахилгаан таслал багасах, хугацаа өнгөрөх тутамд солих үйл явц давтагдахгүй байхыг хангана.
Энэ үед инженерчид нүүрстөрөгчийн шилэн полимер (CFRP) хальсны дотор борын карбидын төвийг суурилуулж байна. Ингэснээр керамикийн элэгдэлд тэсвэрт чанар, нийлмэл материалтай нь мөргөлдөх чадварыг хослуулсан болно. Энэ шинэ хосолсон загвар нь хуучин хувилбаруудад илэрдэг эрт үеийн гэмтлийн 58 хувийг шалтгаалдаг механик шокийг бууруулдаг. Мөн нэг давуу тал нь: эдгээр шинээр хосолсон бүтэц нь өмнөхөөсөө ойролцоогоор 14% хөнгөн байдаг ч гэсэн 150 PSI хүртэлх даралтыг тэсвэрлэж чаддаг. Гар ашиглагддаг шахалтын тоног төхөөрөмжтэй ажилладаг хүмүүсийн хувьд энэ жин багасгах нь бодит үйл ажиллагааны үед зөөх, удирдах чадварыг ихээр сайжруулдаг.
EN
