Was ist Borkarbid?
Borkarbid ist eine Verbindung aus Bor und Kohlenstoff, die auch als Borcarbid bekannt ist.
Die chemische Formel von Borkarbid lautet B4C, und seine physikalischen Eigenschaften sind ein glänzendes, grau-schwarzes Pulver mit hervorragender chemischer Stabilität bei Raumtemperatur, das unempfindlich gegen Säuren und Laugen ist. Borkarbid ist eine extrem harte Substanz unter den Keramiken, mit einer Härte auf der modifizierten Mohs-Skala, die nur von Diamant übertroffen wird (Diamant: 15, Borkarbid: 14), und einer hervorragenden Verschleißfestigkeit.
Anwendungen von Borkarbid
Aufgrund seiner hohen Härte und ausgezeichneten Verschleißfestigkeit wird Borkarbid in vielfältiger Weise verwendet, vor allem in Produkten, die eine lange Lebensdauer erfordern. Zu den wichtigsten Anwendungen gehören Schneidwerkzeuge, Düsen für Strahlgeräte, Schleifmittel (Pulver und Splitt), Cermets, Mörtel und kugelsicheres Panzermaterial. Seine hohe elektrische Isolierfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit ermöglichen den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen, und es wird häufig in industriellen Anwendungen wie Festplattenköpfen und elektronischen Bauteilen verwendet.
Natürliches Bor (B) enthält etwa 20 % Bor-10 (10B). Bor-10 hat die Eigenschaft, Neutronen zu absorbieren, so dass Borkarbid mit einem hohen Borgehalt eine hohe Neutronenabsorptionskapazität aufweist. Borkarbid wird daher als Material zur Steuerung der Spaltreaktion und zur Neutronenabschirmung in Kernreaktoren verwendet.
Eigenschaften von Borkarbid
Borkarbid hat ein Molekulargewicht von 55,25, ein spezifisches Gewicht von 2,51 und einen Schmelzpunkt von 2350 °C. Es hat einen hohen Schmelzpunkt, hohe Härte, niedriges spezifisches Gewicht, Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Neutronenabsorptionsvermögen.
Bei hohen Temperaturen reagiert es mit Chlor unter Bildung von Bortrichlorid. Es ist weniger sauerstoffbeständig und beginnt in Pulverform ab 570 °C zu oxidieren. Im Allgemeinen wird es von Säuren und Laugen nicht angegriffen, aber durch Alkalischmelzen und Säuren, einschließlich Flusssäure, zersetzt und aufgelöst. Bei der Zersetzung durch Säuren wird eine Druckzersetzungsmethode mit einer Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure angewandt.
Struktur von Borkarbid
Die Kristallstruktur von Borkarbid ist rhomboedrisch. Die Struktur besteht aus einem rhomboedrischen Einheitsgitter mit drei Kohlenstoffatomen auf der Diagonale, die an jedem Scheitelpunkt ein Ikosaeder aus Bor bilden.
Der zentrale Teil der diagonalen Kohlenstoffkette ist besonders anfällig für die Substitution durch Bor, und das ikosaedrische Bor kann umgekehrt teilweise durch Kohlenstoff ersetzt werden. Die Anzahl der Peaks und die Intensitätsverhältnisse in den Pulver-Röntgenbeugungsdiagrammen bleiben weitgehend unverändert, da das Kristallskelett unverändert bleibt und nur elementare Substitutionen stattfinden.
Arten von Borkarbid
Borkarbid ist in verschiedenen Formen erhältlich, u. a. als Schüttgut und in Pulverform. Borkarbid in loser Form wird zu keramischen Produkten wie blanken Platten, Düsen, Dichtungen und Pellets verarbeitet, die in Anwendungen wie Kugelsicherung, Sandstrahlen, Wasserstrahltechnik und Maschinenabdichtung eingesetzt werden. Partikuläres Borkarbid wird als Schleifmittel für Produkte aus harten Materialien, als Antioxidationsmittel für feuerfeste Materialien und als SiC-Sinterhilfsmittel verwendet. In partikulärer Form wird je nach Anwendung Borkarbid mit einheitlicher Partikelgröße verwendet.
Weitere Informationen über Borkarbid
Verfahren zur Herstellung von Borkarbid
Industriell wird Borkarbid durch Erhitzen eines Gemischs aus einer Borquelle wie Boroxid und Kohlenstoff auf hohe Temperaturen in einem Elektroofen synthetisiert (thermisches Kohlenstoffreduktionsverfahren). Als Borquelle wird Borsäure (H3BO3) oder Boroxid (B2O3) verwendet, als Kohlenstoffquelle Aktivkohle oder Petrolkoks. Obwohl die Synthesetemperatur hoch ist, sind die Rohstoffe billig und unbedenklich, so dass sich das Verfahren für die Massensynthese eignet.
Andere Methoden zur Herstellung von Borkarbid sind:
1. direkte Reaktion von Bor und Kohlenstoff
Es wird behauptet, dass es einfacher ist, reines Borkarbid durch direkte Reaktion von Bor und Kohlenstoff zu erhalten, aber diese Methode wird nicht industriell genutzt, da hochreines metallisches Bor extrem teuer ist.
2. Synthese aus Verbundkarbiden
Borkarbid wird aus TiO2-SiO2-B2O3-Glasbestandteilen als Ausgangsmaterial synthetisiert. Andererseits werden gleichzeitig auch Titancarbid und Siliciumcarbid hergestellt.
3. Synthese aus Borsäureanhydrid oder Borax, Magnesium und Kohlenstoff
Das Verfahren zur Synthese von Borkarbid aus Boroxid und Kohlenstoff erfordert hohe Temperaturen, wohingegen Borkarbid durch Zugabe eines Reduktionsmittels wie z. B. Magnesium bei relativ niedrigen Schallpegeln synthetisiert werden kann.