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● 炭化ホウ素の紹介
>> 硬度
>> 密度
>> 色と外観
>> 電気
>> 圧縮強度
>> 弾性率
>> 骨折の靭性
>> 曲げ強度
>> 融点
>> 熱伝導率
>> 熱膨張
>> 化学的安定性
>> 酸化抵抗
>> 中性子吸収
● Boron Carbideのプロパティによって有効になったアプリケーション
>> 1。弾道鎧
>> 2。研磨剤と切削工具
>> 3。原子炉成分
>> 5。半導体と電子機器
● 課題と制限
>> 脆さ
>> 高い生産コスト
>> 機械加工の困難
● 将来の革新
>> ナノ構造炭化ホウ素
>> 添加剤の製造
>> 持続可能な合成
● 結論
● よくある質問
>> 1。ボディアーマーで炭化ホウ素が使用されるのはなぜですか？
炭化ホウ素（B₄C）は、人類に知られている最も困難な合成材料の1つであり、ダイヤモンドとキュービックの窒化キュービックに次ぐものです。物理的、機械的、熱、および化学的特性の独自の組み合わせにより、防衛や航空宇宙から原子力エネルギー、高度な製造に至るまでの産業では不可欠です。この記事では、の主要な材料特性について説明します 炭化ホウ素、現実世界のアプリケーションへの影響、および彼らが提示する課題と機会。
炭化ホウ素は、菱面体結晶構造に配置されたホウ素と炭素原子で構成される共有結合セラミック化合物です。 19世紀後半に最初に統合された、それはその後、高性能材料工学の基礎となっています。その極端な硬度、低密度、および摩耗、熱、腐食に対する抵抗は、耐久性と精度が最重要であるアプリケーションに理想的です。
炭化ホウ素は、地球上で最も硬い材料の1つであり、9.3のMOHS硬度と30〜45 GPAのビッカースの硬度があります。これにより、炭化シリコン（SIC）および酸化アルミニウム（Al₂O₃）よりも難しくなり、最も頑丈な材料をカット、粉砕、磨くことができます。その硬度は、その剛性の共有結合と密な原子パッキングに起因しています。
密度は2.52 g/cmで3、炭化ホウ素は鋼（7.8 g/cm 3）や、炭化タングステン（15.6 g/cm 3）のような他のセラミックよりも大幅に軽量です。この低密度は、ボディアーマーや航空宇宙コンポーネントなどの軽量でありながら耐久性のあるソリューションを必要とするアプリケーションにとって重要です。
炭化ホウ素は通常、金属製の光沢を備えた黒または濃い灰色の結晶粉末として現れます。焼結の形では、鎧のプレートやノズルなどの密な噴射型コンポーネントに形作ることができます。
Boron Carbideは、約2.09 eVのバンドギャップを持つ半導体であり、高温電子機器で機能することができます。その電気抵抗率は、特定の製剤での絶縁から導電性挙動に至るまで、純度と構造によって大きく異なります。
炭化ホウ素は、例外的な圧縮強度（1,710〜2,200 MPa）を示し、変形なしで極端な圧力に耐えることができます。このプロパティは、弾道的な影響を受ける装甲システムにとって不可欠です。
そのヤング率（240〜460 GPA）は、弾性変形に対する剛性と耐性を反映しています。この剛性は、機械的ストレスの下での構造的完全性を保証します。
硬度にもかかわらず、炭化ホウ素は骨折の靭性が比較的低く（2.5〜3.5 MPa・m 1/2 ）、衝撃下で脆性骨折する傾向があります。この制限により、高ストレス用途での慎重な設計が必要です。
炭化ホウ素の曲げ強度（170〜410 MPa）により、金属よりも延性が少ないものの、曲げ力に耐えることができます。 Spark Plasma Sentering（SPS）などの高度な焼結技術は、多孔性を減らすことでこの特性を改善します。
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炭化ホウ素は2,350°Cの非常に高い融点を持ち、原子炉やロケットノズルなどの極端な環境に適しています。
31〜90 w/m・Kの熱伝導率により、炭化ホウ素は熱を効率的に放散し、研削工具や炉成分などの用途での熱ショックを防ぎます。
その低熱膨張係数（4.5〜5.6 µm/m・k）は、航空宇宙および光学の精度成分に重要な温度変動全体の寸法の安定性を保証します。
炭化ホウ素は、ほとんどの環境で化学的に不活性です。酸、アルカリ、および有機溶媒からの腐食に抵抗しますが、強力な酸化剤（硝酸など）への長期暴露はそれを分解する可能性があります。
1,000°Cを超える温度では、炭化ホウ素は酸化して酸化ホウ素（B₂O₃）と二酸化炭素（CO₂）を形成します。これにより、保護コーティングのない高温酸化環境での使用が制限されます。
炭化ホウ素の高い中性子吸収断面により、原子炉では非常に貴重なものであり、コントロールロッドとシールドで使用されて核分裂反応を調節します。
ボロン炭化物の低密度と極端な硬度の組み合わせにより、軽量のボディアーマーと車両メッキに最適です。高速発射体を破壊する能力は、浸透深度を減らし、軍事および法執行機関のシナリオで命を救います。
超腹部として、炭化ホウ素は粉砕車輪、サンドブラストノズル、ウォータージェット切断システムに使用されます。その耐摩耗性は、継続的に使用されていても長いサービス寿命を確保します。
炭化ホウ素の中性子吸収能力は、コントロールロッドと原子力発電所のシールドに重要です。放射下でのその安定性は、反応器コアの信頼できるパフォーマンスを保証します。
熱電対シースや炉の裏地などの焼結炭化ホウ素部品は、冶金および化学処理の極端な熱と腐食性の大気に耐えます。
炭化ホウ素の半導体特性は、過酷な環境のための高温センサー、放射線検出器、電子基板で活用されています。
炭化ホウ素の低骨折の靭性は、複合材料の丈夫な材料と組み合わされない限り、衝撃が発生しやすいアプリケーションでの使用を制限します。
高純度の炭化ホウ素の合成には、炭化物の削減などのエネルギー集約型プロセスが必要であり、従来のセラミックと比較してコストを引き上げます。
その極度の硬度は、機械加工のためのダイヤモンドコーティングツールを必要とし、製造の複雑さを高めます。
ナノ粒子とナノコンポジットは、硬さを保持しながら靭性を高め、生物医学および航空宇宙用途へのドアを開きます。
3D印刷により、カスタマイズされた鎧、熱交換器、核成分の複雑なジオメトリが可能になります。
研究者は、環境への影響を軽減するために、機械化学合成のような低エネルギー方法を調査しています。
炭化ホウ素の比類のない硬度、軽量性、化学的安定性により、防衛、エネルギー、産業におけるハイステークスアプリケーションに最適な資料となります。 Brittlenessやコストのような課題は持続しますが、ナノテクノロジーと製造の進歩はその可能性を拡大しています。産業は極端な条件下で機能する材料を要求するため、炭化ホウ素は高性能セラミックの最前線にとどまります。
その低密度と極度の硬度により、体重を最小限に抑えながら高速発射体を止め、着用者の機動性が向上します。
はい、2,350°Cの融点があり、炉の裏地と原子炉で使用されますが、1,000°Cを超えて酸化しています。
炭化ホウ素はより硬くて軽いが、より脆い。炭化シリコンは、より良い骨折の靭性と熱衝撃耐性を提供します。
これは半導体で、純度は純度に基づいて変化します。それは金属ほど伝導性ではありませんが、高温電子機器では機能します。
従来の合成方法はエネルギー集約型ですが、メカノケミストリーのような新たな技術は、エネルギーの使用と廃棄物を削減することを目的としています。
