碳化硼:硬度第三高的材料

碳化硼(化学式约为B4C)是一种极其坚硬的硼碳陶瓷材料,是一种用于坦克装甲防弹背心、发动机破坏粉末以及众多工业应用的共价材料。碳化硼的维氏硬度大于30GPa,是已知硬度最高的材料之一,仅次于立方氮化硼金刚石,是世界上硬度第三高的材料。

碳化硼是世界上硬度最高的材料之一
碳化硼是世界上硬度最高的材料之一

碳化硼的物理特性

碳化硼具有极高的硬度(莫氏硬度等级约为9.5至9.75)、吸收中子的高横截面(即对中子的良好屏蔽性能)、对电离辐射和大多数化学品拥有较高的稳定性。碳化硼的维氏硬度(38GPa)、弹性模量(460GPa)和断裂韧性(3.5 MPa·m1/2)接近金刚石的相应值(1150GPa和5.3 MPa·m1/2)。

截至2015年,碳化硼是已知的第三硬物质,仅次于金刚石和立方氮化硼,因此获得了“黑钻石”的绰号。

碳化硼是一种半导体,其电子特性以跳跃型传输为主,能带隙取决于成分以及有序度。带隙估计为2.09eV,具有多个使光致发光光谱复杂化的中带隙状态,该材料通常为p型。

碳化硼的应用场合

利用碳化硼的硬度:

  • 挂锁
  • 个人和车辆防弹装甲板
  • 喷砂喷嘴
  • 高压水射流切割喷嘴
  • 耐刮擦和耐磨涂层
  • 切削工具和模具
  • 磨料
  • 金属基复合材料
  • 在车辆的制动衬片中

碳化硼其他属性的应用:

  • 核反应堆中的中子吸收剂
  • 用于固体燃料冲压发动机的高能燃料

核应用

碳化硼吸收中子而不形成长寿命放射性核素的能力使其成为吸收核电厂和杀伤人员中子弹产生的中子辐射的吸收剂。

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