Карбид бора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карбид Бора

Карбид Бора B₄C (B₁₂C₃) - представляет собой соединение бора и углерода. Карбид бора это черные блестящие кристаллы (плотность 2,52 г/см?).

Карбид бора обладает исключительно высокой химической стойкостью в различных агрессивных средах (не взаимодействует с кислотами, но при этом разлагается щелочами), является высокоабразивным тугоплавким материалом (температура плавления 2300° С). Данный химический продукт устойчив до температуры 1000° С, а по твёрдости карбид бора опережает электрокорунд Al₂O₃, карбид кремния SiC, а если точнее, то по твердости выступает третьим после алмаза и кубонитрида бора CBN.

Карбид бора используется как составная часть смесей для диффузионного борирования сталей и тугоплавких металлов, а так же применяется для получения абразивных порошков и паст и как абразивный и шлифующий материал. Используется в качестве добавки для увеличения режущих свойств и из него изготавливают пескоструйные сопла и сопла для распыления пульп и удобрений.

В атомной энергетике карбид бора широко применяется как нейтронопоглощающий материал в качестве материала стержней, регулирующих протекание ядерных реакций, так как он содержит в своем составе атомы изотопа бора 10В с очень большим сечением захвата нейтронов.

Порошки и шлифпорошки карбида бора

Карбид бора производится следующих зернистостей по стандарту FEPA: F80, F90, F100, F120, F150, F180, F220, F320, F360, F400, F500, F600, F800, F1000, F1200.

Карбид бора один из самых распространенных абразивных и шлифовальных материалов. Карбид бора обладает широким набором химических, физических и механических свойств, делающих применение этого материала во многих отраслях промышленности наиболее предпочтительным.

Карбид бора обладает высочайшей твердостью и уступает в этом отношении только алмазу и кубическому нитриду бора. Данный материал обладает высокой инертностью к большинству химически агрессивных сред.

Из карбида бора создаются разнообразные порошки и шлифпорошки широкого диапазона зернистости, в том числе микропорошки. Данное обстоятельство позволяет использовать карбид бора в работе с самыми разнообразными поверхностями.

Сопла из карбида бора

Используется карбид бора не только в качестве абразивного материала, но применяется также для изготовления пескоструйных сопел.

Сопла из карбида бора, благодаря высочайшим эксплуатационным характеристикам, являются важным инструментарием в установках аэро - и гидроабразивоструйной обработки поверхностей, определяющим эффективность работы оборудования. Ресурс работы сопел из карбида бора существенно превышает этот показатель у сопел из других материалов:

· оксида алюминия в 60-100;

· твердого сплава в 4-6 раз;

· карбида или нитрида кремния в 2-3 раза.

Поскольку, удельный вес аэро - и гидроабразивоструйных работ по обработке различных поверхностей с той или иной целью постоянно растет, соответственно увеличивается и потребление керамических сопел Лаваля из карбида бора в современной индустрии:

· судостроении,

· строительстве,

· нефтегазовой промышленности,

· аэрокосмическом комплексе,

· ядерной энергетике,

· машиностроении,

· стекольной промышленности,

· мебельной отрасли и других областях.

Сопло керамическое из карбида бора и материалов на его основе получило широкое распространение и учитывая растущий интерес целесообразно кратко остановиться на некоторых аспектах технологии.

Впервые полученный Муассаном в 1894 году карбид бора(B4C), является тугоплавким соединением c уникальными свойствами:

· высокой химической инертностью,

· высокой радиационной стойкостью,

· интересными с прикладной точки зрения электрофизическими свойствами и т.п.

Благодаря высокой прочности химической связи и типу кристаллической решетки карбид бора обладает третьей по величине твердостью из всех известных материалов, уступая лишь алмазу и кубическому нитриду бора с тем отличием, что из карбида бора можно получать крупногабаритные поликристаллические изделия практически любой формы.

Это обстоятельство позволяет применять высокотвердые материалы на основе карбида бора в качестве изделий, эффективно противостоящим различным типам эрозии:

1) аэро-, гидроабразивной,

2) химической,

3) химикоабразивной,

4) механической и др.

Изделия из карбида бора -- сопла аэро-и гидроабразивные, торцевые уплотнения, узлы трения различного назначения и другие находят все более широкое применение в различных областях современной индустрии.

Основные способы получения компактных изделий из карбида бора -- плавление и метод порошковой металлургии. В силу ряда обстоятельств метод получения изделий из карбида бора плавлением не получил широкого применения и основным способом получения изделий из карбида бора и материалов на его основе является метод порошковой металлургии. Ввиду высокой ковалентности химической связи B4C, диффузионные процессы в нем протекают крайне медленно, что отрицательно сказывается на процессе компактирования B4C свободным спеканием. Поэтому в мировой практике для получения компактных (практически безпористых) изделий из карбида бора применяют спекание под давлением, введение активирующих добавок и другие методы.

Приводятся результаты исследований формирования структуры и величины ресурса работы керамических сопел из материалов на основе B₄C, полученных горячим прессованием в графитовых пресс-формах с использованием в качестве активирующих добавок TiC и WC. Ранее установлено, что введение этих добавок существенно активирует процесс уплотнения материалов и повышает уровень их механических свойств. Горячее прессование проводили при давлении 30 МПа и температурах 2150-2250°C. Для последующих исследований на износостойкость на промышленном оборудовании изготавливались горячепрессованные керамические сопла.

Формирование структуры горячепрессованных материалов происходит благодаря протеканию реакций:

B₄C + TiC > TiB₂ + C (1)

B₄C + WC > W₂B₅ + C (2)

Повышение уровня механических свойств материалов с добавками TiC и WC происходит за счет формирования фаз TiB₂ и W₂B₅ и уменьшения размеров зерен получаемых материалов по сравнению с чистым карбидом бора (B₄C). Испытания эксплуатационных характеристик сопел из карбида бора с добавками TiB₂ и WC (производства СПД Бевза Ю.В.) проводились на пескоструйном аппарате для матирования стекла СПС-01 . Керамическое пескоструйное сопло -- его внешний вид и размеры, представлено на рис 1.

Испытывалось также сопло пескоструйное из твердого сплава ВК-3 с аналогичной геометрией рабочего канала. Режим проведения испытаний:

давление - 6 атмосфер;

расход воздуха - 400 л/мин;

абразив - шлифзерно 14АF100 (электрокорунд).

Ниже приведены результаты испытаний, где дана зависимость ресурса работы керамических сопел из карбида бора от состава шихты:

+ добавки TiC;

П добавки WC

карбид бор керамический

Из рис.2 видно, что ресурс работы керамических сопел из карбида бора и материалов на его основе значительно превышают ресурс работы сопла из твердого сплава ВК-3. Интересным с прикладной точки зрения является материал, полученный из шихты B4C -- 5% TiC, ресурс работы сопел из которого наивысший.

На рис. 3-6 приведены некоторые виды сопел из карбида бора производства СПД Бевза Ю.В. Возможно изготовление сопел по индивидуальным чертежам.

Сопло вентури СР резьбового присоединения. Сопло вентури СН прямого присоединения

Сопло вентури -- разновидность сопла Лаваля с конически расширяющимся фрагментом рабочего канала в направлении выхода из сопла. Такая геометрия канала позволяет существенно повысить скорость абразива на выходе сопла. Сопло вентури показывает производительность до 40% выше, чем сопло с цилиндрическим каналом, имея тот же рабочий диаметр.

Сопло пескоструйное (аэроабразивоструйное) из карбида бора с цилиндрическим рабочим каналом

Сопло пескоструйное (аэроабразивоструйное) имеет ресурс работы при бластировании:

1) электрокорундом 200-500 часов;

2) шлаком 400-800 часов;

3) песком 800-1200 часов;

4) дробью чугунной или стальной 1500-2000 часов.

Сопло форсунка представлено на рис. 6. Предназначено для установок гидроабразивной очистки (ресурс работы в зависимости от давления и зернистости песка составляет 70-200 часов).

Сопло форсунка из карбида бора для гидроабразивной очистки

Размещено на Allbest.ru