Apa itu boron karbida - Mari kita fahami boron karbida

Struktur kristal boron karbida

Sel kristal B ₄ C. Sfera hijau dan ikosahedron terdiri daripada atom boron, manakala sfera hitam terdiri daripada atom karbon .

Serpihan struktur hablur boron karbida

Serpihan struktur hablur boron karbida.

Boron karbida mempunyai struktur kristal yang kompleks, yang merupakan ciri borida yang berpusat pada pentahedron. B₁₂ oktahedron membentuk unit kekisi belah ketupat di sekeliling rantai CBC di tengah sel unit (kumpulan ruang: R3m, pemalar kekisi: a=0.56 nm dan c=1.212 nm), dan semua atom karbon merapatkan tiga oktahedra bersebelahan. B₁₂ oktahedron dan karbon penyambung membentuk satah rangkaian selari dengan satah c, yang disusun di sepanjang paksi-c untuk membentuk struktur berlapis. Dua unit struktur asas kekisi ialah B₁₂oktahedron dan B₆ oktahedron. Oleh kerana saiz B yang kecil₆ oktahedron, ia tidak boleh digabungkan. Sebaliknya, mereka mengikat kepada B yang bersebelahan₁₂octahedra, yang melemahkan ikatan satah c.

Formula kimia boron karbida "ideal" kadangkala ditulis sebagai B₁₂C₃, dan kekurangan karbon boron karbida ditakrifkan oleh gabungan B₁₂C₃dan B₁₂unit C, disebabkan oleh B₁₂ unit struktur. Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa satu atau lebih atom karbon boleh tertanam ke dalam oktahedron boron, menghasilkan formula seperti B₁₁CCBC=B4C pada hujung berat karbon stoikiometrik, tetapi formula seperti B1₂(CBB)=B₁₄ C di hujung kaya boron. Oleh itu, "boron karbida" ialah satu siri sebatian dengan komposisi yang berbeza, bukannya sebatian tunggal. B2 (CBC)=B_6.5 C ialah perantaraan biasa yang menghampiri nisbah unsur yang biasa ditemui. Menurut pengiraan mekanik kuantum, simetri kristal yang terdiri daripada B4C dan sifat elektrik bukan logam B₁₃C₂ditentukan oleh konfigurasi atom boron dan karbon yang tidak teratur pada kedudukan yang berbeza dalam kristal.

Sifat fizikal boron karbida

Ketumpatan boron karbida adalah hampir 2.52 g/cm ³.

Takat lebur boron karbida ialah 2445 ° C.

Julat kekerasan boron karbida ialah 2900-3580Kg/mm2 (Knoop 100g).

Keliatan patah boron karbida ialah 2.9-3.7 MPam-1/2.

Modulus Young boron karbida ialah 450-470 GPa

Kekonduksian boron karbida pada 25 ° C ialah 140 S.

Kekonduksian terma pada 25 ° C ialah 30-42 W/mK

Tangkapan neutron terma boron karbida ialah 600 bar.

Sifat kimia boron karbida

Boron karbida ialah bahan lasak dengan keliatan tinggi (kekerasan Mohs kira-kira 9.5 hingga 9.75), keratan rentas serapan neutron yang besar (iaitu prestasi perisai neutron yang kuat), dan rintangan kepada sinaran mengion dan kebanyakan bahan kimia. Kekerasan Vickers (38 GPa), modulus elastik (460 GPa), dan keliatan patah (3.5 MPam^-1/2) adalah serupa dengan berlian (1150 GPa dan 5.3 MPam^-1/2).

Boron karbida dikenal pasti sebagai bahan ketiga paling keras pada 2015, kedua selepas berlian dan boran padu, dan oleh itu dipuji sebagai "berlian hitam".

Boron karbida adalah semikonduktor yang sifat elektroniknya didominasi oleh pengangkutan melompat. Jurang jalur ditentukan oleh kedua-dua komposisi dan tahap susunan. Pengukuran jurang jalur ialah 2.09 eV, dan spektrum photoluminescence rumit oleh beberapa keadaan jurang jalur perantaraan.

Tindak balas boron karbida

Pengoksidaan serbuk boron karbida bermula pada suhu serendah 250 ° C dengan kehadiran wap air dan 450 ° C dalam ketiadaan wap air. Wap air menghilangkan oksida B ₂ O ₂ pada kadar yang lebih cepat daripada pengoksidaan, pada suhu di bawah 550 Å -600 Å C. B ₂ O ₂ menghalang pengoksidaan H ₂ O pada permukaan B ₄ C, tetapi tidak menghalang pengoksidaan udara. Terdapat hubungan linear antara kadar dan tekanan separa air. Tenaga pengaktifan tindak balas B ₄ C air ialah 11 kcal/mol, manakala tenaga pengaktifan tindak balas B ₄ C udara ialah 45 kcal/mol. Kadar pengoksidaan udara kering lebih perlahan daripada wap air sebelum mencapai 700 (untuk tekanan air 235 mm).

Sejarah Boron Carbide

Boron karbida ditemui sebagai hasil sampingan tindak balas borida logam pada abad ke-19, tetapi komposisi kimianya tidak diketahui. Ia tidak sehingga tahun 1930-an bahawa komposisi kimianya ditentukan sebagai B₄C. Nisbah stoikiometrik tepat 4:1 bahan ini masih menjadi kontroversi, kerana secara semula jadi, formula ini masih sedikit kekurangan karbon, dan kristalografi sinar-X mendedahkan strukturnya yang sangat kompleks, dengan campuran rantai CBC dan B₁₂oktahedra.

Ciri-ciri ini tidak sepadan dengan B yang tepat₄ C formula empirik. Formula kimia boron karbida "ideal" kadangkala ditulis sebagai B₁₂C₃, dan kekurangan karbon boron karbida ditakrifkan oleh gabungan B₁₂C₃dan B₁₂Unit CBC, disebabkan oleh B₁₂unit struktur.