Placa de proteção corporal em cerâmica B4C, ladrilho protetor de carbeto de boro

Características de desempenho das chapas cerâmicas de carbeto de boro

1. Dureza ultra-alta e resistência ao desgaste: A dureza Mohs do carbeto de boro é 9,3, sendo superada apenas pelo diamante e pelo nitreto cúbico de boro. Sua microdureza é de aproximadamente 50 GPa, e sua resistência ao desgaste é significativamente superior à de metais e materiais cerâmicos comuns, como a alumina.

2. Baixa densidade e alta resistência: Sua densidade é de 2,47-2,55 g/cm³, significativamente inferior à do aço e das cerâmicas de carbeto de silício. À temperatura ambiente, sua resistência à flexão pode atingir 300-400 MPa, apresentando uma combinação de leveza e resistência estrutural.

3. Resistência a altas temperaturas e à oxidação: O ponto de fusão das chapas cerâmicas de carbeto de boro é 2450 °C, e podem operar de forma estável acima de 2000 °C em atmosfera inerte. No ar, a reação de oxidação é lenta abaixo de 600 °C. Quando a temperatura ultrapassa 800 °C, forma-se na superfície uma película densa de óxido B₂O₃, impedindo a oxidação adicional dos materiais internos.

4. Capacidade de absorção de nêutrons: O isótopo ¹⁰B presente no carbeto de boro possui uma elevada seção de choque para absorção de nêutrons, e não gera produtos radioativos de longa duração após absorver nêutrons. É um material ideal para blindagem e controle de nêutrons na indústria nuclear.

5. Estabilidade química e propriedades elétricas: À temperatura ambiente, as chapas cerâmicas de carbeto de boro não reagem com ácidos, bases e a maioria dos solventes orgânicos, exceto o ácido fluorídrico. Possuem melhor resistência à corrosão do que metais e materiais cerâmicos comuns, além de apresentarem boa isolamento elétrico.

Processo de fabricação de folhas cerâmicas de carbeto de boro

Preparação do Pó: Os principais métodos incluem o método de redução térmica com carbono, método de síntese direta, método de síntese auto-propagável em alta temperatura (método de redução térmica com magnésio) e método de deposição química de vapor, entre outros. Dentre eles, o método de redução carbotérmica é atualmente o método de preparação mais importante na indústria, devido à sua operação simples e baixo custo.

Moldagem: Podem ser adotados métodos como prensagem a seco, moldagem por injeção de gel e prensagem isostática, entre outros. A prensagem a seco envolve misturar o pó com uma pequena quantidade de aglutinante, granulá-lo e, em seguida, prensá-lo em forma dentro de um molde. A moldagem por injeção de gel envolve misturar o pó cerâmico com monômeros orgânicos, etc., e depois injetá-lo em um molde para provocar a polimerização e moldagem dos monômeros. A prensagem isostática é um processo que aproveita a propriedade dos líquidos de transferir uniformemente a pressão, aplicando pressão à amostra uniformemente em todas as direções para conformá-la.

Sinterização: Métodos comuns de sinterização incluem sinterização sem pressão, sinterização por prensagem a quente, sinterização por prensagem isostática a quente e sinterização por plasma de faísca, etc. A sinterização por prensagem a quente é um processo de sinterização de materiais sob condições de alta temperatura e alta pressão, o que pode produzir produtos cerâmicos com alta densidade e alta resistência. O processo de sinterização sem pressão é simples e de baixo custo, mas a temperatura de sinterização é elevada e os grãos são propensos ao crescimento anômalo.

Campos de aplicação de placas cerâmicas de carbeto de boro

No campo da proteção e resistência ao desgaste: os cerâmicos de carbeto de boro possuem uma estrutura de ligação covalente extremamente forte e excelentes propriedades, como dureza ultra-alta, alta resistência à flexão, excelente resistência à oxidação e boa resistência à corrosão. São materiais de alta qualidade resistentes a impactos, altas temperaturas e ao desgaste, sendo também um dos materiais cerâmicos antibalas mais comumente utilizados. Além disso, os cerâmicos de carbeto de boro têm grande capacidade de absorção de calor e um coeficiente de expansão térmica extremamente baixo, podendo eficazmente absorver a energia térmica de projéteis e impedir que a armadura se deforme facilmente. Entre vários cerâmicos antibalas comumente utilizados, as placas de cerâmica de carbeto de boro apresentam a maior dureza, mas a menor densidade. Por isso, sempre foram consideradas um material cerâmico relativamente ideal para armaduras antibalas. É o material principal em coletes à prova de balas individuais, blindagem de veículos de combate e placas protetoras de helicópteros. No mesmo nível de proteção, o peso do equipamento é reduzido em mais de 50% em comparação com armaduras de aço. Também pode ser fabricado em peças industriais resistentes ao desgaste, como bocais de jateamento e meios de moagem, com uma vida útil 5 a 10 vezes maior do que a de peças metálicas comuns ou de cerâmica de alumina.

Na indústria nuclear: Adota-se uma tecnologia avançada de sinterização sem prensagem para a produção em massa de cerâmicas de carbeto de boro, com alta eficiência produtiva, ajuste flexível dos parâmetros cerâmicos e elevada pureza dos produtos de carbeto de boro. Nossa empresa desenvolveu uma fórmula especial para carbeto de boro destinado à energia nuclear. Sem introduzir outros elementos, os diversos indicadores das cerâmicas de carbeto de boro sinterizadas sem prensagem atendem aos requisitos da indústria de energia nuclear, e os produtos não exigem usinagem extensiva. Além disso, podemos produzir em larga escala núcleos de barras de controle de carbeto de boro, esferas protetoras de carbeto de boro, placas de blindagem de carbeto de boro, tijolos protetores de carbeto de boro, lâminas finas de carbeto de boro e outros produtos de absorção de nêutrons amplamente utilizados em reatores nucleares. As cerâmicas de carbeto de boro que produzimos conseguem controlar eficazmente a densidade de nêutrons no interior do reator, mantendo sua operação estável, além de reduzir o risco de vazamento de radiação durante o tratamento e o transporte de resíduos nucleares.

Além das indústrias militar e de energia nuclear, as chapas cerâmicas de carboneto de boro também são amplamente utilizadas em áreas civis, como vidros à prova de balas e painéis blindados.

  
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