Wat is boorcarbide - Laten we boorcarbide begrijpen
Kristalstructuur van boorcarbide
De kristalcel van B ₄ C. De groene bol en icosaëder zijn samengesteld uit booratomen, terwijl de zwarte bol is samengesteld uit koolstofatomen.
Fragmenten van de kristalstructuur van boorcarbide
Fragmenten van de kristalstructuur van boorcarbide.
Boriumcarbide heeft een complexe kristalstructuur, wat kenmerkend is voor boriden gecentreerd op de pentaëder. De B12 octaëder vormt een ruitvormige roostereenheid rond de CBC-keten in het midden van de eenheidscel (ruimtegroep: R3m, roosterconstante: a = 0,56 nm en c = 1,212 nm), en alle koolstofatomen overbruggen aangrenzende drie octaëders. De B12 octaëder en overbruggende koolstof vormen een netwerkvlak evenwijdig aan het c-vlak, dat langs de c-as is gestapeld om een gelaagde structuur te vormen. De twee structurele basiseenheden van een rooster zijn de B12octaëder en de B6 octaëder. Vanwege het kleine formaat van de B6 octaëder, het kan niet worden gecombineerd. Integendeel, ze binden zich aan de aangrenzende B12octaëders, wat de binding van het c-vlak verzwakt.
De chemische formule van "ideaal" boorcarbide wordt soms geschreven als B12C3, en het koolstoftekort van boorcarbide wordt bepaald door de combinatie van B12C3en B12C-eenheden, vanwege de B12 structurele eenheid. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat een of meer koolstofatomen kunnen worden ingebed in de booroctaëder, wat resulteert in formules als B11CCBC=B4C aan de stoichiometrische koolstof-zware kant, maar formules zoals B12(CBB)=B14 C aan het boorrijke uiteinde. Daarom is "boorcarbide" een reeks verbindingen met verschillende samenstellingen, in plaats van een enkele verbinding. B2 (CBC)=B6.5 C is een gebruikelijk tussenproduct dat de algemeen gevonden elementaire verhouding benadert. Volgens berekeningen uit de kwantummechanica zijn de symmetrie van het kristal bestaande uit B4C en de niet-metaalachtige elektrische eigenschappen van B13C2worden bepaald door de ongeordende configuratie van boor- en koolstofatomen op verschillende posities in het kristal.
De fysische eigenschappen van boorcarbide
De dichtheid van boorcarbide ligt dicht bij 2,52 g/cm³.
Het smeltpunt van boorcarbide is 2445 ° C.
Het hardheidsbereik van boorcarbide is 2900-3580 kg/mm2 (Knoop 100 g).
De breuktaaiheid van boorcarbide is 2,9-3,7 MPam-1/2.
De Young-modulus van boorcarbide is 450-470 GPa
De geleidbaarheid van boorcarbide bij 25 ° C is 140 S.
De thermische geleidbaarheid bij 25 ° C bedraagt 30-42 W/mK
De thermische neutronenvangst van boorcarbide bedraagt 600 bar.
Chemische eigenschappen van boorcarbide
Boriumcarbide is een taaie substantie met een hoge taaiheid (Mohs-hardheid van ongeveer 9,5 tot 9,75), een grote neutronenabsorptiedoorsnede (dwz sterke neutronenafschermende prestaties) en weerstand tegen ioniserende straling en de meeste chemische stoffen. De Vickers-hardheid (38 GPa), elastische modulus (460 GPa) en breuktaaiheid (3,5 MPam-1/2) zijn vergelijkbaar met die van diamanten (1150 GPa en 5,3 MPam-1/2).
Boriumcarbide werd in 2015 geïdentificeerd als het derde hardste materiaal, na diamanten en kubieke boranen, en wordt daarom geprezen als een "zwarte diamant".
Boriumcarbide is een halfgeleider waarvan de elektronische eigenschappen worden gedomineerd door hoppend transport. De bandafstand wordt bepaald door zowel de samenstelling als de mate van orde. De bandafstandmeting is 2,09 eV en het fotoluminescentiespectrum wordt gecompliceerd door verschillende tussenliggende bandafstandtoestanden.
De reactie van boorcarbide
De oxidatie van boorcarbidepoeder begint bij temperaturen zo laag als 250 ° C in aanwezigheid van waterdamp en 450 ° C in afwezigheid van waterdamp. Waterdamp verwijdert B ₂ O ₂-oxiden sneller dan oxidatie, bij temperaturen onder 550 Å -600 Å C. B ₂ O ₂ remde de H ₂ O-oxidatie op het B ₄ C-oppervlak, maar remde de luchtoxidatie niet. Er bestaat een lineair verband tussen de snelheid en de partiële waterdruk. De activeringsenergie van de B ₄ C-reactie met water is 11 kcal/mol, terwijl de activeringsenergie van de B ₄ C-reactie met lucht 45 kcal/mol is. De oxidatiesnelheid van droge lucht is langzamer dan die van waterdamp voordat deze 700 bereikt (voor een waterdruk van 235 mm).
De geschiedenis van boorcarbide
Boriumcarbide werd in de 19e eeuw ontdekt als bijproduct van metaalboridereacties, maar de chemische samenstelling ervan is onbekend. Pas in de jaren dertig werd vastgesteld dat de chemische samenstelling B was4C. De precieze 4:1 stoichiometrische verhouding van dit materiaal is nog steeds controversieel, omdat deze formule in de natuur nog steeds een beetje koolstof mist, en röntgenkristallografie de zeer complexe structuur ervan onthult, met een mengsel van CBC-ketens en B12octaëder.
Deze kenmerken komen niet exact overeen met de B4 C empirische formule. De chemische formule van "ideaal" boorcarbide wordt soms geschreven als B12C3, en het koolstoftekort van boorcarbide wordt bepaald door de combinatie van B12C3en B12CBC-eenheden, vanwege de B12structurele eenheid.