کاربید بور چیست - بیایید کاربید بور را درک کنیم

ساختار کریستالی کاربید بور

سلول کریستالی B4 C. کره سبز و ایکوز وجهی از اتم های بور تشکیل شده است، در حالی که کره سیاه از اتم های کربن تشکیل شده است.

قطعاتی از ساختار کریستالی کاربید بور

قطعاتی از ساختار کریستالی کاربید بور.

کاربید بور دارای ساختار بلوری پیچیده ای است که مشخصه بوریدهایی است که در مرکز پنج وجهی قرار دارند. B₁₂ هشت ضلعی یک واحد شبکه لوزی شکل در اطراف زنجیره CBC در مرکز سلول واحد تشکیل می دهد (گروه فضایی: R3m، ثابت شبکه: a=0.56 نانومتر و c=1.212 نانومتر)، و همه اتم های کربن در مجاورت سه هشت ضلعی پل می شوند. B₁₂ هشت ضلعی و کربن پل، صفحه شبکه ای را به موازات صفحه c تشکیل می دهند که در امتداد محور c قرار گرفته و ساختار لایه ای را تشکیل می دهد. دو واحد ساختاری اصلی یک شبکه B هستند₁₂هشت وجهی و B₆ هشت وجهی با توجه به اندازه کوچک B₆ هشت وجهی، آن را نمی توان ترکیب کرد. برعکس، آنها به B مجاور متصل می شوند₁₂octahedra که پیوند صفحه c را ضعیف می کند.

فرمول شیمیایی کاربید بور "ایده آل" گاهی اوقات به صورت B نوشته می شود₁₂سی₃، و کمبود کربن کاربید بور با ترکیب B تعریف می شود₁₂سی₃و ب₁₂واحدهای C، به دلیل B₁₂ واحد ساختاری برخی از مطالعات نشان داده اند که یک یا چند اتم کربن را می توان در هشت ضلعی بور جاسازی کرد که منجر به فرمول هایی مانند B می شود.₁₁CCBC=B4C در انتهای سنگین کربن استوکیومتری، اما فرمول هایی مانند B1₂(CBB)=B₁₄ C در انتهای غنی از بور. بنابراین، "بور کاربید" به جای یک ترکیب واحد، مجموعه ای از ترکیبات با ترکیبات مختلف است. B2 (CBC)=B_6.5 C یک واسطه رایج است که به نسبت عنصری که معمولاً یافت می شود، تقریب می زند. بر اساس محاسبات مکانیک کوانتومی، تقارن کریستال متشکل از B4C و خواص الکتریکی غیرفلزی B₁₃سی₂توسط پیکربندی نامنظم اتم های بور و کربن در موقعیت های مختلف در کریستال تعیین می شوند.

خواص فیزیکی کاربید بور

چگالی کاربید بور نزدیک به 2.52 گرم بر سانتی متر مکعب است.

نقطه ذوب کاربید بور 2445 درجه سانتیگراد است.

محدوده سختی کاربید بور 2900-3580Kg/mm2 (Knoop 100g) است.

چقرمگی شکست کاربید بور 2.9-3.7 MPam-1/2 است.

مدول کاربید بور یانگ 450-470 گیگا پاسکال است

رسانایی کاربید بور در دمای 25 درجه سانتیگراد 140 S است.

هدایت حرارتی در دمای 25 درجه سانتیگراد 30-42 W/mK است

جذب نوترون حرارتی کاربید بور 600 بار است.

خواص شیمیایی کاربید بور

کاربید بور یک ماده سخت با چقرمگی بالا (سختی Mohs تقریباً 9.5 تا 9.75)، سطح مقطع جذب نوترون بزرگ (یعنی عملکرد محافظ نوترون قوی) و مقاومت در برابر تشعشعات یونیزان و اکثر مواد شیمیایی است. سختی ویکرز (38 گیگا پاسکال)، مدول الاستیک (460 گیگا پاسکال)، و چقرمگی شکست (3.5 مگاپاسکال)^-1/2) مشابه الماس ها هستند (1150 گیگا پاسکال و 5.3 مگاپاسکال^-1/2).

کاربید بور به عنوان سومین ماده سخت در سال 2015 شناسایی شد و پس از الماس و بوران مکعبی در رتبه دوم قرار گرفت و بنابراین به عنوان "الماس سیاه" ستایش می شود.

کاربید بور یک نیمه هادی است که خواص الکترونیکی آن تحت تأثیر حمل و نقل پرش قرار می گیرد. شکاف باند با ترکیب و درجه ترتیب تعیین می شود. اندازه‌گیری شکاف باند 2.09 eV است و طیف فوتولومینسانس توسط چندین حالت شکاف باند میانی پیچیده است.

واکنش کاربید بور

اکسیداسیون پودر کاربید بور در دمای 250 درجه سانتیگراد در حضور بخار آب و 450 درجه سانتیگراد در غیاب بخار آب شروع می شود. بخار آب اکسیدهای B2O2 را با سرعتی سریعتر از اکسیداسیون، در دمای کمتر از 550 Å -600 Å C حذف می کند. یک رابطه خطی بین سرعت و فشار جزئی آب وجود دارد. انرژی فعال‌سازی واکنش آب B4C 11 کیلوکالری بر مول است، در حالی که انرژی فعال‌سازی واکنش هوای B4C برابر با 45 کیلوکالری در مول است. سرعت اکسیداسیون هوای خشک کمتر از بخار آب قبل از رسیدن به 700 است (برای فشار آب 235 میلی متر).

تاریخچه کاربید بور

کاربید بور به عنوان یک محصول جانبی از واکنش های بورید فلز در قرن 19 کشف شد، اما ترکیب شیمیایی آن ناشناخته است. در دهه 1930 بود که ترکیب شیمیایی آن B تعیین شد₄ج. نسبت استوکیومتری دقیق 4:1 این ماده هنوز بحث برانگیز است، زیرا در طبیعت، این فرمول هنوز اندکی فاقد کربن است و کریستالوگرافی اشعه ایکس ساختار بسیار پیچیده آن را با مخلوطی از زنجیره های CBC و B نشان می دهد.₁₂هشت وجهی

این ویژگی ها دقیقاً با B مطابقت ندارد₄ فرمول تجربی C فرمول شیمیایی کاربید بور "ایده آل" گاهی اوقات به صورت B نوشته می شود₁₂سی₃، و کمبود کربن کاربید بور با ترکیب B تعریف می شود₁₂سی₃و ب₁₂واحدهای CBC به دلیل B₁₂واحد ساختاری