Qu’est-ce que le carbure de bore ?
Le carbure de bore, également connu sous le nom de carbure de bore, est un composé de bore et de carbone.
La formule chimique du carbure de bore est B4C et ses propriétés physiques sont une poudre gris-noir brillante avec une excellente stabilité chimique à température ambiante et qui n’est pas attaquée par les acides ou les alcalis. Le carbure de bore est une substance extrêmement dure parmi les céramiques, avec une dureté sur l’échelle de Mohs modifiée qui n’est dépassée que par le diamant (diamant : 15, carbure de bore : 14) et une excellente résistance à l’usure.
Utilisations du carbure de bore
En raison de sa grande dureté et de son excellente résistance à l’usure, le carbure de bore est utilisé de diverses manières, en particulier dans les produits nécessitant une certaine durabilité. Parmi les principales utilisations, on peut citer les outils de coupe, les buses pour les équipements de sablage, les abrasifs (poudre, grenaille), les cermets, les mortiers et les matériaux de blindage à l’épreuve des balles. Son isolation électrique et sa conductivité thermique élevées lui permettent d’être utilisé dans des environnements à haute température, et il est largement utilisé dans des applications industrielles telles que les têtes de disques durs et les composants électroniques.
Le bore naturel (B) contient environ 20 % de bore-10 (10B). Le bore-10 absorbe les neutrons, de sorte que le carbure de bore à forte teneur en bore présente une capacité élevée d’absorption des neutrons. Le carbure de bore est donc utilisé comme matériau de contrôle de la réaction de fission et comme matériau de protection contre les neutrons dans les réacteurs nucléaires.
Propriétés du carbure de bore
Le carbure de bore a un poids moléculaire de 55,25 g/mol, une densité de 2,51 et un point de fusion de 2350 °C. Il a un point de fusion élevé, une grande dureté, une faible densité, une résistance à la chaleur, une résistance chimique et une capacité d’absorption des neutrons.
Il réagit au chlore à haute température, produisant du trichlorure de bore. Il est moins résistant à l’oxygène et, sous forme de poudre, commence à s’oxyder à partir de 570 °C. Il n’est généralement pas attaqué par les acides ou les alcalis, mais il est décomposé et solubilisé par la fusion alcaline et les acides, y compris l’acide fluorhydrique. Lorsqu’il est décomposé par des acides, une méthode de décomposition sous pression utilisant un mélange d’acides fluorhydrique et nitrique est utilisée.
Structure du carbure de bore
La structure cristalline du carbure de bore est rhomboédrique. La structure consiste en un réseau rhomboédrique avec trois atomes de carbone sur la diagonale, formant un icosaèdre de bore à chaque sommet.
La partie centrale de la chaîne diagonale de carbone est particulièrement susceptible d’être remplacée par du bore, et le bore icosaédrique peut inversement être partiellement remplacé par du carbone. Le nombre de pics et les rapports d’intensité dans les diagrammes de diffraction des rayons X sur poudre restent largement inchangés, car le squelette cristallin reste inchangé, avec seulement des substitutions d’éléments.
Types de carbure de bore
Le carbure de bore est disponible sous différentes formes, notamment en vrac et en poudre. Le carbure de bore en vrac est transformé en produits céramiques tels que des plaques nues, des buses, des joints d’étanchéité et des pastilles, qui sont utilisés dans des applications telles que le pare-balles, le sablage, la technologie du jet d’eau et l’étanchéité des machines. Les particules de carbure de bore sont utilisées comme abrasif pour les produits en matériaux durs, comme antioxydant pour les matériaux réfractaires et comme aide au frittage du SiC. Sous forme de particules, le carbure de bore de taille uniforme est utilisé en fonction de l’application.
Autres informations sur le carbure de bore
Méthodes de production du carbure de bore
Industriellement, le carbure de bore est synthétisé en chauffant un mélange d’une source de bore telle que l’oxyde de bore et de carbone à des températures élevées dans un four électrique (procédé de réduction thermique du carbone). L’acide borique (H3BO3) ou l’oxyde de bore (B2O3) est utilisé comme source de bore et le charbon actif ou le coke de pétrole comme source de carbone. Bien que la température de synthèse soit élevée, les matières premières sont peu coûteuses et inoffensives, ce qui permet une synthèse de masse.
D’autres méthodes de production de carbure de bore comprennent :
1. réaction directe du bore et du carbone
On dit qu’il est plus facile d’obtenir du carbure de bore pur par réaction directe du bore et du carbone, mais cette méthode n’est pas utilisée industriellement car le bore métallique de haute pureté est extrêmement coûteux.
2. synthèse à partir de carbures composites
Le carbure de bore est synthétisé en utilisant des composants de verre TiO2-SiO2-B2O3 comme matériau de départ. D’autre part, le carbure de titane et le carbure de silicium sont également produits en même temps.
3. synthèse à partir d’anhydride borique ou de borax, de magnésium et de carbone
La méthode de synthèse du carbure de bore à partir de l’oxyde de bore et du carbone nécessite des températures élevées, alors que le carbure de bore peut être synthétisé à des niveaux sonores relativement bas en ajoutant un agent réducteur tel que le magnésium.