ما هو كربيد البورون - دعونا نفهم كربيد البورون

هيكل بلوري كربيد البورون

الخلية البلورية لـ B ₄ C. تتكون الكرة الخضراء وعشرون الوجوه من ذرات البورون، بينما تتكون الكرة السوداء من ذرات الكربون.

شظايا من البنية البلورية كربيد البورون

شظايا من البنية البلورية كربيد البورون.

يحتوي كربيد البورون على بنية بلورية معقدة، وهي سمة من سمات البوريدات المتمركزة على الشكل الخماسي. ب₁₂ يشكل المجسم الثماني وحدة شبكية معينية حول سلسلة CBC في مركز خلية الوحدة (المجموعة الفضائية: R3m، ثابت الشبكة: a=0.56 نانومتر وc=1.212 نانومتر)، وجميع ذرات الكربون تجاور ثلاثة مجسمات مجسمة. ب₁₂ يشكل المجسم الثماني والكربون الجسري مستوى شبكة موازيًا للمستوى c، والذي يتم تكديسه على طول المحور c لتشكيل هيكل متعدد الطبقات. الوحدتان الهيكليتان الأساسيتان للشبكة هما B₁₂المجسم الثماني و B₆ المجسم الثماني. نظرًا لصغر حجم B₆ المجسم الثماني، فلا يمكن دمجه. على العكس من ذلك، فإنها ترتبط بالمحور B المجاور₁₂المجسم الثماني، مما يضعف ترابط المستوى C.

تُكتب الصيغة الكيميائية لكربيد البورون "المثالي" أحيانًا بالصيغة B₁₂ج₃، ويتم تحديد نقص الكربون في كربيد البورون من خلال مزيج B₁₂ج₃وب₁₂وحدات C، بسبب B₁₂ الوحدة الهيكلية. أظهرت بعض الدراسات أنه يمكن دمج ذرة كربون واحدة أو أكثر في مجسم البورون الثماني، مما يؤدي إلى ظهور صيغ مثل B₁₁CCBC=B4C عند الطرف الثقيل من الكربون المتكافئ، لكن الصيغ مثل B1₂(مصرف البحرين المركزي) = ب₁₄ C عند الطرف الغني بالبورون. ولذلك، فإن "كربيد البورون" عبارة عن سلسلة من المركبات ذات تركيبات مختلفة، وليس مركبًا واحدًا. B2 (CBC) = ب_6.5 C هو وسيط شائع يقارب نسبة العناصر الموجودة بشكل شائع. وفقًا لحسابات ميكانيكا الكم، فإن تماثل البلورة المكونة من B4C والخواص الكهربائية غير المعدنية لـ B₁₃ج₂يتم تحديدها من خلال التكوين المضطرب لذرات البورون والكربون في مواقع مختلفة في البلورة.

الخصائص الفيزيائية لكربيد البورون

كثافة كربيد البورون قريبة من 2.52 جم / سم ³.

نقطة انصهار كربيد البورون هي 2445 درجة مئوية.

نطاق صلابة كربيد البورون هو 2900-3580 كجم / مم 2 (كنوب 100 جم).

صلابة الكسر لكربيد البورون هي 2.9-3.7 MPam-1/2.

معامل يونج لكربيد البورون هو 450-470 جيجا باسكال

موصلية كربيد البورون عند 25 درجة مئوية هي 140 درجة مئوية.

الموصلية الحرارية عند 25 درجة مئوية هي 30-42 واط/م ك

يبلغ الالتقاط الحراري للنيوترونات من كربيد البورون 600 بار.

الخواص الكيميائية لكربيد البورون

كربيد البورون هو مادة صلبة ذات صلابة عالية (صلابة موس حوالي 9.5 إلى 9.75)، ومقطع عرضي كبير لامتصاص النيوترونات (أي أداء قوي للحماية من النيوترونات)، ومقاومة للإشعاعات المؤينة ومعظم المواد الكيميائية. صلابة فيكرز (38 جيجا باسكال)، ومعامل المرونة (460 جيجا باسكال)، وصلابة الكسر (3.5 ميجا باسكال)^-1/2) تشبه تلك الموجودة في الألماس (1150 جيجا باسكال و 5.3 ميجاباسكال^-1/2).

تم تحديد كربيد البورون باعتباره ثالث أصلب مادة في عام 2015، في المرتبة الثانية بعد الماس والبوران المكعب، ولذلك تم الإشادة به على أنه "الماس الأسود".

كربيد البورون هو أحد أشباه الموصلات التي يهيمن عليها النقل التنقلي في خواصه الإلكترونية. يتم تحديد فجوة النطاق من خلال التركيب ودرجة الترتيب. يبلغ قياس فجوة النطاق 2.09 فولت، ويكون طيف التألق الضوئي معقدًا بسبب العديد من حالات فجوة النطاق المتوسطة.

تفاعل كربيد البورون

تبدأ أكسدة مسحوق كربيد البورون عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 250 درجة مئوية في وجود بخار الماء و450 درجة مئوية في غياب بخار الماء. يزيل بخار الماء أكاسيد B ₂ O ₂ بمعدل أسرع من الأكسدة، عند درجات حرارة أقل من 550 Å -600 Å C. يمنع B ₂ O ₂ أكسدة H ₂ O على سطح B ₄ C، لكنه لا يمنع أكسدة الهواء. هناك علاقة خطية بين المعدل والضغط الجزئي للماء. تبلغ طاقة التنشيط لتفاعل الماء B ₄ C 11 كيلو كالوري/مول، بينما تبلغ طاقة التنشيط لتفاعل الهواء B ₄ C 45 كيلو كالوري/مول. يكون معدل أكسدة الهواء الجاف أبطأ من معدل أكسدة بخار الماء قبل أن يصل إلى 700 (لضغط الماء 235 ملم).

تاريخ كربيد البورون

تم اكتشاف كربيد البورون كمنتج ثانوي لتفاعلات بوريد المعدن في القرن التاسع عشر، ولكن تركيبه الكيميائي غير معروف. ولم يتم تحديد تركيبه الكيميائي على أنه B إلا في ثلاثينيات القرن العشرين₄ج. لا تزال النسبة الدقيقة لهذه المادة 4:1 مثيرة للجدل، حيث أنه في الطبيعة، لا تزال هذه الصيغة تفتقر قليلاً إلى الكربون، ويكشف علم البلورات بالأشعة السينية عن تركيبها المعقد للغاية، مع مزيج من سلاسل CBC وB.₁₂المجسم الثماني.

هذه الخصائص لا تتطابق تمامًا مع B₄ ج الصيغة التجريبية. تُكتب الصيغة الكيميائية لكربيد البورون "المثالي" أحيانًا بالصيغة B₁₂ج₃، ويتم تحديد نقص الكربون في كربيد البورون من خلال مزيج B₁₂ج₃وب₁₂وحدات CBC، بسبب B₁₂الوحدة الهيكلية.