Керамическая защитная пластина из карбида бора B4C, защитная плитка

Эксплуатационные характеристики керамических листов из карбида бора

1. Сверхвысокая твердость и износостойкость: Твердость карбида бора по шкале Мооса составляет 9,3, уступая только алмазу и кубическому нитриду бора. Его микротвердость составляет приблизительно 50 ГПа, а износостойкость значительно превосходит показатели обычных металлов и керамических материалов, таких как глинозем.

2. Низкая плотность и высокая прочность: Плотность составляет 2,47–2,55 г/см³, что значительно ниже, чем у стали и карбидкремниевой керамики. При комнатной температуре предел прочности при изгибе может достигать 300–400 МПа, что обеспечивает сочетание легкости и структурной прочности.

3. Устойчивость к высоким температурам и окислению: Температура плавления керамических листов карбида бора составляет 2450 °C, и они могут стабильно работать при температуре выше 2000 °C в инертной атмосфере. На воздухе окисление происходит медленно при температуре ниже 600 °C. При температуре выше 800 °C на поверхности образуется плотная оксидная пленка B₂O₃, предотвращающая дальнейшее окисление внутренних материалов.

4. Способность поглощать нейтроны: Изотоп ¹⁰B, содержащийся в карбиде бора, обладает большим сечением поглощения нейтронов, при этом после поглощения нейтронов не образуются долгоживущие радиоактивные продукты. Это делает материал идеальным для экранирования и контроля нейтронов в ядерной промышленности.

5. Химическая стабильность и электрические свойства: При комнатной температуре керамические листы карбида бора не вступают в реакцию с кислотами, щелочами и большинством органических растворителей, за исключением плавиковой кислоты. Они обладают лучшей коррозионной стойкостью по сравнению с металлами и обычными керамическими материалами, а также имеют хорошие диэлектрические свойства.

Производственный процесс керамических листов карбида бора

Подготовка порошка: Основные методы включают метод карботермического восстановления, прямой синтез, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (магниетермическое восстановление) и метод химического осаждения из газовой фазы и др. Среди них метод карботермического восстановления в настоящее время является наиболее важным промышленным способом получения благодаря простоте операций и низкой стоимости.

Формовка: Могут применяться такие методы, как прессование в сухом состоянии, гелевое литье под давлением, изостатическое прессование и другие. Прессование в сухом состоянии заключается в смешивании порошка с небольшим количеством связующего, гранулировании и последующем прессовании в форму. Гелевое литье под давлением включает смешивание керамического порошка с органическими мономерами и другими компонентами, после чего смесь вводится в форму, где происходит полимеризация мономеров и формование. Изостатическое прессование — это процесс, использующий свойство жидкостей равномерно передавать давление, при котором на образец оказывается равномерное давление со всех сторон для его формования.

Сцинтерирование: Общие методы спекания включают спекание без давления, горячее прессование, горячее изостатическое прессование и плазменное спекание искрового разряда и т.д. Спекание методом горячего прессования — это процесс спекания материалов при высокой температуре и высоком давлении, позволяющий получать керамические изделия с высокой плотностью и высокой прочностью. Процесс спекания без давления прост и низкозатратен, однако требует высокой температуры спекания, а зерна склонны к аномальному росту.

Сферы применения керамических плиток карбида бора

В области защиты и износостойкости: керамика карбида бора обладает чрезвычайно прочной ковалентной связью и отличными свойствами, такими как сверхвысокая твёрдость, высокая прочность на изгиб, превосходная устойчивость к окислению и хорошая коррозионная стойкость. Это очень качественные материалы, устойчивые к ударным нагрузкам, жаропрочные и износостойкие, а также один из распространённых видов керамических материалов для бронезащиты. Кроме того, керамика карбида бора обладает высокой способностью поглощать тепло и чрезвычайно низким коэффициентом теплового расширения, что позволяет эффективно поглощать тепловую энергию от пуль и предотвращать лёгкую деформацию брони. Среди нескольких распространённых керамических материалов для бронезащиты керамические пластины из карбида бора обладают наивысшей твёрдостью при наименьшей плотности. Поэтому они всегда считались относительно идеальным керамическим материалом для бронезащиты. Это основной материал для индивидуальных бронежилетов, брони боевых машин и защитных пластин вертолётов. При одинаковом уровне защиты вес оборудования снижается более чем на 50 % по сравнению со стальной бронёй. Также может использоваться для изготовления промышленных износостойких деталей, таких как сопла для пескоструйной обработки и шлифовальные среды, срок службы которых в 5–10 раз превышает срок службы обычных металлических или деталей из керамики на основе глинозёма.

В ядерной промышленности: Для серийного производства керамики карбида бора используется передовая технология спекания без прессования, отличающаяся высокой эффективностью производства, гибкой регулировкой параметров керамики и высокой чистотой продуктов карбида бора. Наша компания разработала специальную формулу карбида бора для атомной энергетики. Без введения других элементов различные показатели керамики карбида бора, спеченной без прессования, соответствуют требованиям атомной промышленности, а продукция не требует обширной механической обработки. Кроме того, мы можем массово производить сердечники регулирующих стержней из карбида бора, защитные шары, экранирующие пластины, защитные блоки, тонкие листы из карбида бора и другие изделия для поглощения нейтронов, широко применяемые в ядерных реакторах. Производимая нами керамика карбида бора эффективно контролирует плотность нейтронов внутри реактора для обеспечения его стабильной работы, а также снижает риск утечки радиации при обработке и транспортировке ядерных отходов.

Помимо военной и атомной промышленности, керамические пластины из карбида бора широко используются в гражданских областях, таких как пуленепробиваемые стекла и бронированные стекла.

  
Параметры