Płyta ochronna z ceramiki B4C, płytki ochronne z węglika boru

Charakterystyka właściwości węglika boru w postaci ceramicznych płyt

1. Nadzwyczajna twardość i odporność na zużycie: Twardość w skali Mohsa węglika boru wynosi 9,3, ustępuje jedynie diamentowi i sześciennemu azotkowi boru. Jego mikrotwardość wynosi około 50 GPa, a odporność na ścieranie jest znacznie lepsza niż u typowych metali i materiałów ceramicznych, takich jak gliniany tlenek glinu.

2. Niska gęstość i wysoka wytrzymałość: Gęstość wynosi 2,47–2,55 g/cm³, co jest znacznie mniej niż u stali czy ceramiki węgliku krzemu. W temperaturze pokojowej wytrzymałość na zginanie może osiągnąć 300–400 MPa, cechuje się połączeniem lekkości i wytrzymałości konstrukcyjnej.

3. Odporność na wysoką temperaturę i utlenianie: Temperatura topnienia płyt ceramicznych z węglika boru wynosi 2450℃, mogą one stabilnie pracować powyżej 2000℃ w atmosferze obojętnej. W powietrzu reakcja utleniania jest powolna poniżej 600℃. Gdy temperatura przekracza 800℃, na powierzchni tworzy się gęsta warstwa tlenku B₂O₃, zapobiegająca dalszemu utlenianiu materiału wewnętrznego.

4. Pojemność absorpcji neutronów: Izotop ¹⁰B zawarty we węglku boru ma duży przekrój czynny na pochłanianie neutronów, a po pochłonięciu neutronów nie powstają długotrwałe radioaktywne produkty. Stanowi on idealny materiał do osłon i kontroli neutronów w przemyśle jądrowym.

5. Stabilność chemiczna i właściwości elektryczne: W temperaturze pokojowej płyty ceramiczne z węglika boru nie reagują z kwasami, zasadami oraz większością rozpuszczalników organicznych, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego. Wykazują lepszą odporność na korozję niż metale i typowe materiały ceramiczne, a także dobrą izolacyjność elektryczną.

Proces wytwarzania płyt ceramicznych z węglika boru

Przygotowanie proszku: Główne metody obejmują metodę redukcji węglem, metodę syntezy bezpośredniej, samorozprzestrzeniającą się syntezę wysokotemperaturową (metodę redukcji magnezem) oraz metodę osadzania z fazy gazowej. Wśród nich metoda redukcji węglem jest obecnie najważniejszą metodą przemysłową ze względu na prostotę operacji i niski koszt.

Odlewanie: Można zastosować formowanie przez prasowanie na sucho, formowanie przez wtrysk żelu oraz formowanie izostatyczne i inne metody. Formowanie przez prasowanie na sucho polega na mieszaniu proszku ze niewielką ilością spoiwa, granulowaniu i następnie prasowaniu w formie. Formowanie przez wtrysk żelu polega na mieszaniu proszku ceramicznego z organicznymi monomerami itp., a następnie wstrzykiwaniu do formy w celu zainicjowania polimeryzacji i formowania monomerów. Formowanie izostatyczne to proces wykorzystujący właściwość cieczy przekazywania ciśnienia jednostajnie, działający na próbkę równomiernym ciśnieniem ze wszystkich kierunków w celu jej ukształtowania.

Zcinkowanie: Typowe metody spiekania obejmują spiekanie bezprężne, spiekanie metodą gorącego prasowania, spiekanie metodą gorącego izostatycznego prasowania oraz spiekanie plazmowe iskrowe itp. Spiekanie metodą gorącego prasowania to proces spiekania materiałów w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia, pozwalający na wytwarzanie wyrobów ceramicznych o dużej gęstości i wysokiej wytrzymałości. Proces spiekania bezprężnego jest prosty i niskokosztowy, jednak wymaga wysokiej temperatury spiekania, a ziarna są skłonne do nieregularnego wzrostu.

Zastosowania płyt ceramicznych z węglika boru

W dziedzinie ochrony i odporności na zużycie: ceramika z węglika boru charakteryzuje się wyjątkowo silną strukturą wiązań kowalencyjnych oraz doskonałymi właściwościami, takimi jak ekstremalna twardość, wysoka wytrzymałość na zginanie, doskonała odporność na utlenianie oraz dobra odporność na korozję. Są to materiały bardzo wysokiej jakości, odporne na uderzenia, ciepło i ścieranie, a także jedne z najczęściej stosowanych ceramicznych materiałów pancerzy antybalistycznych. Ponadto ceramika z węglika boru ma dużą pojemność cieplną oraz skrajnie niski współczynnik rozszerzalności termicznej, co umożliwia skuteczne pochłanianie energii cieplnej pocisków i zapobieganie łatwemu odkształceniom pancerza. Wśród kilku powszechnie stosowanych ceramicznych materiałów antybalistycznych płyty z węglika boru cechują się najwyższą twardością przy najniższej gęstości. Dlatego od dawna uważane są za relatywnie idealny materiał ceramiczny do produkcji pancerzy antybalistycznych. Stanowią rdzeń materiałów stosowanych w indywidualnych kamizelkach kuloodpornych, osłonach pojazdów bojowych oraz płytach ochronnych dla helikopterów. Przy tym samym poziomie ochrony masa wyposażenia jest zmniejszona o ponad 50% w porównaniu z pancernikiem stalowym. Mogą być również stosowane do produkcji przemysłowych elementów odpornych na zużycie, takich jak dysze do piaskowania czy elementy mielące, których żywotność jest 5 do 10 razy dłuższa niż zwykłych części metalowych lub z ceramiki tlenkowej glinu.

W przemyśle jądrowym: Zastosowano zaawansowaną technologię spiekania bez prasowania do seryjnej produkcji ceramiki z węglika boru, cechującą się wysoką wydajnością produkcji, elastyczną regulacją parametrów ceramiki oraz wysoką czystością produktów z węglika boru. Nasza firma opracowała specjalny skład przeznaczony na węglik boru do energetyki jądrowej. Bez wprowadzania dodatkowych pierwiastków różne wskaźniki ceramiki z węglika boru spiekanej bez prasowania spełniają wymagania przemysłu jądrowego, a produkty nie wymagają żmudnej obróbki mechanicznej. Ponadto jesteśmy w stanie produkować na dużą skalę rdzenie prętów kontrolnych z węglika boru, kulki ochronne z węglika boru, płyty osłonowe z węglika boru, cegły ochronne z węglika boru, cienkie płytki z węglika boru oraz inne produkty pochłaniające neutrony szeroko stosowane w reaktorach jądrowych. Produkowana przez nas ceramika z węglika boru skutecznie kontroluje gęstość neutronów wewnątrz reaktora, zapewniając stabilną pracę, a także zmniejsza ryzyko wycieku promieniowania podczas przetwarzania i transportu odpadów radioaktywnych.

Oprócz przemysłu wojskowego i energetyki jądrowej, płyty ceramiczne z węglika boru są również powszechnie stosowane w zastosowaniach cywilnych, takich jak szyby kuloodporne i szkło kuloodporne.

  
Parametr