Tấm bảo vệ thân gốm B4C, gạch bảo vệ boron carbide

Đặc tính hiệu suất của tấm gốm boron carbide

1. Độ cứng cực cao và khả năng chống mài mòn: Độ cứng Mohs của boron carbide là 9,3, chỉ đứng sau kim cương và boron nitride lập phương. Độ cứng vi mô của nó khoảng 50GPa, khả năng chống mài mòn vượt trội đáng kể so với các vật liệu kim loại và gốm thông thường như nhôm oxit.

2. Khối lượng riêng thấp và độ bền cao: Khối lượng riêng của nó là 2,47-2,55g/cm³, thấp hơn đáng kể so với thép và gốm silicon carbide. Ở nhiệt độ phòng, độ bền uốn có thể đạt 300-400MPa, kết hợp đặc tính nhẹ và độ bền cấu trúc.

3. Khả năng chịu nhiệt độ cao và chống oxi hóa: Điểm nóng chảy của các tấm gốm boron carbide là 2450℃, có thể hoạt động ổn định trên 2000℃ trong môi trường trơ. Trong không khí, phản ứng oxi hóa diễn ra chậm ở nhiệt độ dưới 600℃. Khi nhiệt độ vượt quá 800℃, một lớp màng oxit B₂O₃ dày đặc sẽ hình thành trên bề mặt, ngăn chặn sự oxi hóa tiếp tục xảy ra đối với vật liệu bên trong.

4. Khả năng hấp thụ neutron: Đồng vị ¹⁰B có trong boron carbide có tiết diện hấp thụ neutron cao, và không sinh ra sản phẩm phóng xạ có thời gian sống dài sau khi hấp thụ neutron. Đây là vật liệu lý tưởng để che chắn và điều khiển neutron trong ngành công nghiệp hạt nhân.

5. Tính ổn định hóa học và tính chất điện: Ở nhiệt độ phòng, các tấm gốm boron carbide không phản ứng với axit, bazơ và hầu hết các dung môi hữu cơ, trừ axit hydrofluoric. Vật liệu này có khả năng chống ăn mòn tốt hơn kim loại và các vật liệu gốm thông thường, đồng thời cũng có tính cách điện tốt.

Quy trình sản xuất các tấm gốm boron carbide

Chuẩn bị bột: Các phương pháp chính bao gồm phương pháp khử nhiệt carbon, phương pháp tổng hợp trực tiếp, phương pháp tổng hợp nhiệt độ cao tự truyền (phương pháp khử nhiệt magiê) và phương pháp lắng đọng hơi hóa học, v.v. Trong đó, phương pháp khử nhiệt carbo (carbothermal reduction method) hiện đang là phương pháp chuẩn bị quan trọng nhất trong công nghiệp do thao tác đơn giản và chi phí thấp.

Đúc: Có thể áp dụng các phương pháp như ép khô tạo hình, ép gel tạo hình, ép đẳng tĩnh tạo hình và các phương pháp khác. Ép khô tạo hình bao gồm việc trộn bột với một lượng nhỏ chất kết dính, tạo hạt, sau đó ép định hình trong khuôn. Ép gel tạo hình bao gồm việc trộn bột gốm với các monome hữu cơ, v.v., sau đó tiêm vào khuôn để kích hoạt quá trình trùng hợp và tạo hình các monome. Ép đẳng tĩnh là quá trình tận dụng tính chất truyền áp suất đều của chất lỏng, tác động áp suất lên mẫu từ mọi hướng một cách đồng đều để tạo hình.

Chất liệu xăng: Các phương pháp thiêu kết phổ biến bao gồm thiêu kết không nén, thiêu kết ép nóng, thiêu kết ép đẳng tĩnh nóng và thiêu kết plasma tia lửa, v.v. Thiêu kết ép nóng là quá trình thiêu kết vật liệu trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao, có thể tạo ra các sản phẩm gốm có độ đặc chắc và độ bền cao. Quy trình thiêu kết không nén đơn giản và chi phí thấp, nhưng nhiệt độ thiêu kết cao và các hạt dễ bị phát triển bất thường.

Các lĩnh vực ứng dụng của tấm gốm boron carbide

Trong lĩnh vực bảo vệ và chống mài mòn: Gốm boron carbide có cấu trúc liên kết cộng hóa trị cực kỳ mạnh mẽ cùng các tính chất ưu việt như độ cứng siêu cao, độ bền uốn cao, khả năng chống oxy hóa tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn tốt. Chúng là những vật liệu chịu va đập, chịu nhiệt và chịu mài mòn chất lượng cao, đồng thời cũng là một trong những loại gốm chống đạn được sử dụng phổ biến. Ngoài ra, gốm boron carbide có khả năng hấp thụ nhiệt mạnh và hệ số giãn nở nhiệt cực thấp, có thể hiệu quả hấp thụ năng lượng nhiệt từ viên đạn và ngăn chặn sự biến dạng dễ dàng của giáp. Trong số các loại gốm chống đạn thường dùng, tấm gốm boron carbide có độ cứng cao nhất nhưng mật độ thấp nhất. Do đó, nó luôn được xem là loại gốm lý tưởng tương đối cho giáp chống đạn. Đây là vật liệu cốt lõi cho áo giáp cá nhân, giáp xe chiến đấu và tấm bảo vệ trực thăng. Ở cùng cấp độ bảo vệ, trọng lượng thiết bị giảm hơn 50% so với giáp thép. Ngoài ra, nó cũng có thể được chế tạo thành các chi tiết công nghiệp chịu mài mòn như vòi phun cát và phương tiện nghiền, với tuổi thọ dài gấp 5 đến 10 lần so với các chi tiết kim loại thông thường hoặc gốm alumina.

Trong ngành công nghiệp hạt nhân: Công nghệ thiêu kết không cần ép tiên tiến được áp dụng để sản xuất hàng loạt gốm cacbua bo, với đặc điểm hiệu suất sản xuất cao, điều chỉnh linh hoạt các thông số gốm và độ tinh khiết cao của sản phẩm cacbua bo. Công ty chúng tôi đã phát triển một công thức đặc biệt dành cho cacbua bo trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân. Mà không cần đưa thêm các nguyên tố khác vào, các chỉ tiêu khác nhau của gốm cacbua bo thiêu kết không cần ép đều đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp điện hạt nhân, và sản phẩm không cần gia công phức tạp. Ngoài ra, chúng tôi có thể sản xuất hàng loạt lõi thanh điều khiển cacbua bo, viên bảo vệ cacbua bo, tấm chắn cacbua bo, gạch bảo vệ cacbua bo, các tấm mỏng cacbua bo và các sản phẩm hấp thụ neutron khác được sử dụng rộng rãi trong các lò phản ứng hạt nhân. Gốm cacbua bo do chúng tôi sản xuất có thể hiệu quả kiểm soát mật độ neutron bên trong lò phản ứng nhằm duy trì vận hành ổn định, đồng thời giảm nguy cơ rò rỉ bức xạ trong quá trình xử lý và vận chuyển chất thải hạt nhân.

Ngoài các ngành công nghiệp quân sự và năng lượng hạt nhân, các tấm gốm boron carbide cũng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực dân sự, chẳng hạn như kính chống đạn và thủy tinh chống đạn.

  
Thông số kỹ thuật