Was ist Borcarbid? - Lassen Sie uns Borcarbid verstehen
Borcarbid-Kristallstruktur
Die Kristallzelle von B₄C. Die grüne Kugel und das Ikosaeder bestehen aus Boratomen, während die schwarze Kugel aus Kohlenstoffatomen besteht.
Fragmente der Borcarbid-Kristallstruktur
Fragmente der Borcarbid-Kristallstruktur.
Borcarbid hat eine komplexe Kristallstruktur, die charakteristisch für Boride ist, die auf dem Pentaeder zentriert sind. Das B12 Das Oktaeder bildet eine rhombische Gittereinheit um die CBC-Kette im Zentrum der Elementarzelle (Raumgruppe: R3m, Gitterkonstante: a=0,56 nm und c=1,212 nm), und alle Kohlenstoffatome überbrücken benachbarte drei Oktaeder. Das B12 Oktaeder und verbrückender Kohlenstoff bilden eine Netzwerkebene parallel zur c-Ebene, die entlang der c-Achse zu einer Schichtstruktur gestapelt ist. Die beiden grundlegenden Struktureinheiten eines Gitters sind die B12Oktaeder und das B6 Oktaeder. Aufgrund der geringen Größe des B6 Oktaeder, es kann nicht kombiniert werden. Im Gegenteil, sie binden an das benachbarte B12Oktaeder, was die Bindung der c-Ebene schwächt.
Die chemische Formel von „idealem“ Borcarbid wird manchmal als B geschrieben12C3, und der Kohlenstoffmangel von Borcarbid wird durch die Kombination von B definiert12C3und B12C-Einheiten, aufgrund der B12 Struktureinheit. Einige Studien haben gezeigt, dass ein oder mehrere Kohlenstoffatome in das Bor-Oktaeder eingebettet sein können, was zu Formeln wie B führt11CCBC=B4C am stöchiometrischen Kohlenstoff-Schwerende, aber Formeln wie B12(CBB)=B14 C am borreichen Ende. Daher handelt es sich bei „Borcarbid“ um eine Reihe von Verbindungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und nicht um eine einzelne Verbindung. B2 (CBC)=B6.5 C ist ein übliches Zwischenprodukt, das dem häufig gefundenen Elementverhältnis nahe kommt. Nach quantenmechanischen Berechnungen sind die Symmetrie des aus B4C bestehenden Kristalls und die nichtmetallischen elektrischen Eigenschaften von B13C2werden durch die ungeordnete Konfiguration von Bor- und Kohlenstoffatomen an verschiedenen Positionen im Kristall bestimmt.
Die physikalischen Eigenschaften von Borcarbid
Die Dichte von Borcarbid liegt bei etwa 2,52 g/cm³.
Der Schmelzpunkt von Borcarbid liegt bei 2445 °C.
Der Härtebereich von Borcarbid liegt zwischen 2900 und 3580 kg/mm2 (Knoop 100 g).
Die Bruchzähigkeit von Borcarbid beträgt 2,9–3,7 MPam-1/2.
Der Elastizitätsmodul von Borcarbid beträgt 450–470 GPa
Die Leitfähigkeit von Borcarbid beträgt bei 25 °C 140 S.
Die Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C beträgt 30-42 W/mK
Der thermische Neutroneneinfang von Borcarbid beträgt 600 bar.
Chemische Eigenschaften von Borcarbid
Borcarbid ist eine zähe Substanz mit hoher Zähigkeit (Mohs-Härte von etwa 9,5 bis 9,75), einem großen Neutronenabsorptionsquerschnitt (dh starker Neutronenabschirmung) und Beständigkeit gegen ionisierende Strahlung und die meisten chemischen Substanzen. Die Vickers-Härte (38 GPa), der Elastizitätsmodul (460 GPa) und die Bruchzähigkeit (3,5 MPam).-1/2) ähneln denen von Diamanten (1150 GPa und 5,3 MPam).-1/2).
Borcarbid wurde 2015 nach Diamanten und kubischen Boranen als dritthärtester Werkstoff identifiziert und wird daher als „schwarzer Diamant“ gepriesen.
Borcarbid ist ein Halbleiter, dessen elektronische Eigenschaften durch den Hopfentransport dominiert werden. Die Bandlücke wird sowohl durch die Zusammensetzung als auch durch den Ordnungsgrad bestimmt. Die Bandlückenmessung beträgt 2,09 eV und das Photolumineszenzspektrum wird durch mehrere dazwischenliegende Bandlückenzustände erschwert.
Die Reaktion von Borcarbid
Die Oxidation von Borcarbidpulver beginnt bereits bei Temperaturen von 250 °C in Gegenwart von Wasserdampf und 450 °C in Abwesenheit von Wasserdampf. Wasserdampf entfernt B₂O₂-Oxide bei Temperaturen unter 550 Å–600 ÅC schneller als die Oxidation. B₂O₂ hemmte die H₂O-Oxidation auf der B₄C-Oberfläche, hemmte jedoch nicht die Luftoxidation. Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit und dem Partialdruck des Wassers. Die Aktivierungsenergie der Wasser-B₄C-Reaktion beträgt 11 kcal/mol, während die Aktivierungsenergie der Luft-B₄C-Reaktion 45 kcal/mol beträgt. Die Oxidationsrate trockener Luft ist langsamer als die von Wasserdampf, bevor sie 700 erreicht (bei 235 mm Wasserdruck).
Die Geschichte von Borcarbid
Borcarbid wurde im 19. Jahrhundert als Nebenprodukt von Metallboridreaktionen entdeckt, seine chemische Zusammensetzung ist jedoch unbekannt. Erst in den 1930er Jahren wurde seine chemische Zusammensetzung als B bestimmt4C. Das genaue stöchiometrische Verhältnis von 4:1 dieses Materials ist immer noch umstritten, da dieser Formel in der Natur noch ein wenig Kohlenstoff fehlt und die Röntgenkristallographie seine hochkomplexe Struktur mit einer Mischung aus CBC-Ketten und B offenbart12Oktaeder.
Diese Merkmale stimmen nicht mit dem exakten B überein4 C empirische Formel. Die chemische Formel von „idealem“ Borcarbid wird manchmal als B geschrieben12C3, und der Kohlenstoffmangel von Borcarbid wird durch die Kombination von B definiert12C3und B12CBC-Einheiten, aufgrund der B12Struktureinheit.