Qu'est-ce que le carbure de bore - Comprenons le carbure de bore
Structure cristalline du carbure de bore
La cellule cristalline de B₄C. La sphère verte et l'icosaèdre sont composés d'atomes de bore, tandis que la sphère noire est composée d'atomes de carbone.
Fragments de structure cristalline de carbure de bore
Fragments de structure cristalline de carbure de bore.
Le carbure de bore possède une structure cristalline complexe, caractéristique des borures centrés sur le pentaèdre. Le B12 L'octaèdre forme une unité de réseau rhombique autour de la chaîne CBC au centre de la cellule unitaire (groupe d'espace : R3m, constante de réseau : a=0,56 nm et c=1,212 nm), et tous les atomes de carbone relient les trois octaèdres adjacents. Le B12 L'octaèdre et le carbone pontant forment un plan de réseau parallèle au plan c, qui est empilé le long de l'axe c pour former une structure en couches. Les deux unités structurelles de base d'un réseau sont les B12octaèdre et le B6 octaèdre. En raison de la petite taille du B6 octaèdre, il ne peut pas être combiné. Au contraire, ils se lient au B adjacent12octaèdres, ce qui affaiblit la liaison du plan c.
La formule chimique du carbure de bore « idéal » s’écrit parfois B12C3, et la carence en carbone du carbure de bore est définie par la combinaison de B12C3et B12Unités C, en raison du B12 unité structurelle. Certaines études ont montré qu'un ou plusieurs atomes de carbone peuvent être intégrés dans l'octaèdre de bore, ce qui donne des formules telles que B11CCBC=B4C à l'extrémité stoechiométrique du carbone lourd, mais des formules comme B12(CBB)=B14 C à l'extrémité riche en bore. Par conséquent, le « carbure de bore » est une série de composés de compositions différentes, plutôt qu’un seul composé. B2 (CBC)=B6.5 C est un intermédiaire commun qui se rapproche du rapport élémentaire couramment trouvé. D'après les calculs de mécanique quantique, la symétrie du cristal composé de B4C et les propriétés électriques non métalliques de B13C2sont déterminés par la configuration désordonnée des atomes de bore et de carbone à différentes positions dans le cristal.
Les propriétés physiques du carbure de bore
La densité du carbure de bore est proche de 2,52 g/cm³.
Le point de fusion du carbure de bore est de 2445°C.
La plage de dureté du carbure de bore est de 2900 à 3580 kg/mm2 (Knoop 100 g).
La ténacité à la rupture du carbure de bore est de 2,9 à 3,7 MPam-1/2.
Le module d'Young du carbure de bore est de 450 à 470 GPa
La conductivité du carbure de bore à 25°C est de 140 S.
La conductivité thermique à 25°C est de 30-42 W/mK
La capture neutronique thermique du carbure de bore est de 600 bars.
Propriétés chimiques du carbure de bore
Le carbure de bore est une substance résistante avec une ténacité élevée (dureté Mohs d'environ 9,5 à 9,75), une grande section efficace d'absorption des neutrons (c'est-à-dire une forte performance de protection contre les neutrons) et une résistance aux rayonnements ionisants et à la plupart des substances chimiques. La dureté Vickers (38 GPa), le module élastique (460 GPa) et la ténacité (3,5 MPam-1/2) sont similaires à celles du diamant (1150 GPa et 5,3 MPam-1/2).
Le carbure de bore a été identifié comme le troisième matériau le plus dur en 2015, juste derrière les diamants et les boranes cubiques, et est donc considéré comme un « diamant noir ».
Le carbure de bore est un semi-conducteur dont les propriétés électroniques sont dominées par le transport par sauts. La bande interdite est déterminée à la fois par la composition et par le degré d’ordre. La mesure de la bande interdite est de 2,09 eV et le spectre de photoluminescence est compliqué par plusieurs états de bande interdite intermédiaires.
La réaction du carbure de bore
L'oxydation de la poudre de carbure de bore commence à des températures aussi basses que 250°C en présence de vapeur d'eau et 450°C en l'absence de vapeur d'eau. La vapeur d'eau élimine les oxydes de B ₂ O ₂ à un rythme plus rapide que l'oxydation, à des températures inférieures à 550 Å -600 Å C. B ₂ O ₂ a inhibé l'oxydation de H ₂ O sur la surface du B ₄ C, mais n'a pas inhibé l'oxydation de l'air. Il existe une relation linéaire entre le débit et la pression partielle de l'eau. L'énergie d'activation de la réaction eau B ₄ C est de 11 kcal/mol, tandis que l'énergie d'activation de la réaction air B ₄ C est de 45 kcal/mol. Le taux d'oxydation de l'air sec est plus lent que celui de la vapeur d'eau avant d'atteindre 700 (pour une pression d'eau de 235 mm).
L'histoire du carbure de bore
Le carbure de bore a été découvert comme sous-produit de réactions de borures métalliques au XIXe siècle, mais sa composition chimique est inconnue. Ce n'est que dans les années 1930 que sa composition chimique a été déterminée comme étant B.4C. Le rapport stoechiométrique précis de 4:1 de ce matériau est encore controversé, car dans la nature, cette formule manque encore légèrement de carbone, et la cristallographie aux rayons X révèle sa structure très complexe, avec un mélange de chaînes CBC et B.12octaèdres.
Ces caractéristiques ne correspondent pas exactement au B4 C formule empirique. La formule chimique du carbure de bore « idéal » s’écrit parfois B12C3, et la carence en carbone du carbure de bore est définie par la combinaison de B12C3et B12Unités CBC, en raison du B12unité structurelle.