Бор карбиді - Boron carbide

Бұл мақала B туралы4C. Басқа бор карбидтері туралы қараңыз Бор карбидтері.
Бор карбиді
Бор карбиді
Атаулар
IUPAC атауы
Бор карбиді
Басқа атаулар
Тетрабор
Идентификаторлар
3D моделі (JSmol )
ChemSpider
ECHA ақпарат картасы100.031.907 Мұны Wikidata-да өңдеңіз
UNII
Қасиеттері
B4C
Молярлық масса55,255 г / моль
Сыртқы түріқара-сұр немесе қара ұнтақ, иіссіз
Тығыздығы2,52 г / см3, қатты.
Еру нүктесі 2,763 ° C (5,005 ° F; 3,036 K)
Қайнау температурасы 3500 ° C (6,330 ° F; 3,770 K)
ерімейтін
Құрылым
Ромбоведральды
Қауіпті жағдайлар
Қауіпсіздік туралы ақпарат парағыСыртқы MSDS
Байланысты қосылыстар
Байланысты қосылыстар
Бор нитриді
Өзгеше белгіленбеген жағдайларды қоспағанда, олар үшін материалдар үшін деректер келтірілген стандартты күй (25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
тексеруY тексеру (бұл не тексеруY☒N ?)
Infobox сілтемелері

Бор карбиді (химиялық формула шамамен B4C) өте қиын бор –көміртегі қыш және ковалентті қолданылған материал цистерна сауыт, оқ өтпейтін көкірекше, қозғалтқыш диверсия ұнтақтар,[1]көптеген өндірістік қосымшалар. Бірге Викерс қаттылығы > 30 GPa-дан, бұл текше текшедегі ең қиын материалдардың бірі бор нитриді және гауһар.[2]

Тарих

Бор карбиді 19 ғасырда а қосымша өнім металл боридтерімен байланысты реакциялардың, бірақ оның химиялық формула белгісіз болды. Тек 1930 жылдарға дейін химиялық құрам В деп бағаланды4C.[3]Материалда дәл 4: 1 болған-болмағаны туралы дау қалды стехиометрия, өйткені іс жүзінде материал әрдайым осы формулаға қатысты аздап көміртек жетіспейді және Рентгендік кристаллография оның құрылымы өте күрделі, C-B-C тізбектері мен В қоспасы бар екенін көрсетеді12 icosahedra.

Бұл ерекшеліктер өте қарапайым B-ге қарсы шықты4C эмпирикалық формула.[4]B себебінен12 құрылымдық бірлік, «идеалды» бор карбидінің химиялық формуласы көбінесе В түрінде жазылмайды4C, бірақ B ретінде12C3, және бор карбидінің көміртегі жетіспеушілігі B комбинациясы тұрғысынан сипатталған12C3 және Б.12CBC қондырғылары.

Қолданбалар

Бор карбидінің қабілеті нейтрондарды сіңіреді ұзақ өмір сүруді қалыптастырмай радионуклидтер ретінде тартымды етеді атом электр станцияларында пайда болатын нейтрондық сәуле үшін сіңіргіш[5] және персоналға қарсы нейтрон бомбалары. Бор карбидінің ядролық қосымшаларына қалқалау, бақылау шыбықтары және өшіру түйіршіктері. Бор карбидін бақылау стерженьдерінің ішінде көбінесе оның беткі қабатын ұлғайту үшін ұнтақтайды.[6]

Хрусталь құрылымы

B ұяшығының өлшем бірлігі4C. жасыл сфера және icosahedra бор атомдарынан тұрады, ал қара сфералар - көміртек атомдары.[7]
B үзіндісі4C кристалды құрылымы.

Бор карбиді күрделі кристалды құрылымға тән икосаэдр негізіндегі боридтер. Онда, Б.12 icosahedra а ромбоведральды торлы блок (ғарыш тобы: R3м (№ 166), тордың тұрақтылары: а = 0,56 нм және c = 1.212 нм) центрінде орналасқан C-B-C тізбегін қоршайды ұяшық және екі көміртек атомдары да көршілес үш icosahedra көпірі. Бұл құрылым қабатты: B12 icosahedra және көпір көміртектер параллельге таралатын желілік жазықтықты құрайды c-планет және бойымен үйінділер c-аксис. Тордың екі негізгі құрылымдық бірлігі бар - B12 икосаэдр және B6 октаэдр. В мөлшері аз болғандықтан6 октаэдр, олар бір-бірімен байланыса алмайды. Оның орнына олар Б-мен байланысады12 көрші қабаттағы икосаэдра, ал бұл байланыс күшін төмендетеді c-планет.[7]

B себебінен12 құрылымдық бірлік, «идеалды» бор карбидінің химиялық формуласы көбінесе В түрінде жазылмайды4C, бірақ B ретінде12C3, және бор карбидінің көміртегі жетіспеушілігі B комбинациясы тұрғысынан сипатталған12C3 және Б.12C2 бірлік.[4][8] Кейбір зерттеулер бір немесе бірнеше көміртек атомдарын бордың икосаэдрасына қосу мүмкіндігін көрсетеді, мысалы (B) формулаларды тудырады11C) CBC = B4Стехиометрияның көміртегі ауыр аяғындағы C, бірақ B сияқты формулалар12(CBB) = B14Борға бай соңында C. «Бор карбиді» осылайша жалғыз қосылыс емес, әртүрлі құрамдағы қосылыстардың отбасы болып табылады. Элементтердің жалпы табылған арақатынасын жақындататын жалпы аралық - В12(CBC) = B6.5C.[9] Кванттық механикалық есептеулер көрсеткендей, бор мен көміртек атомдары арасындағы конфигурацияның бұзылуы кристалдағы әр түрлі позицияларда материалдардың бірнеше қасиеттерін анықтайды, атап айтқанда, B кристаллының симметриясы4С құрамы[10] және B-нің металл емес электрлік сипаты13C2 құрамы.[11]

Қасиеттері

Бор карбиді өте қаттылығы бар (9,5-тен 9,75-ке дейін) берік материал ретінде белгілі Mohs қаттылық шкаласы ), сіңіруге арналған жоғары қимасы нейтрондар (яғни нейтроннан жақсы қорғайтын қасиеттері), тұрақтылық иондаушы сәулелену және көптеген химиялық заттар.[6] Оның Викерс қаттылығы (38 GPa), Серпімді модуль (460 GPa)[12] және сынудың беріктігі (3,5 МПа · м1/2) гауһардың сәйкес мәндеріне жақындау керек (1150 ГПа және 5,3 МПа · м1/2).[13]

2015 жылғы жағдай бойынша, Бор карбиді - бұл ең қатал үшінші зат гауһар және борлы нитрид, оған «қара алмас» деген лақап атқа ие болды.[14][15]

Жартылай өткізгіш қасиеттері

Бор карбиді - бұл а жартылай өткізгіш, электронды қасиеттері бар секіру типіндегі көлік басым.[9] Қуат жолақ аралығы құрамына, сондай-ақ тапсырыс дәрежесіне байланысты. Диапазон алшақтығы 2,09 эВ шамасында бағаланады, бұл фотолюминесценция спектрін қиындататын бірнеше орташа жолақ күйлерімен.[9] Материал әдетте р-типті болады.

Дайындық

Бор карбиді алғаш рет синтезделді Анри Мойсан 1899 жылы,[8] азайту арқылы бор триоксиді немесе бірге көміртегі немесе магний электрдегі көміртек болған кезде доға пеші. Көміртекті жағдайында реакция В-дің балқу температурасынан жоғары температурада жүреді4C және оның көп мөлшерін босатумен қатар жүреді көміртегі тотығы:[16]

2 Б.2O3 + 7 C → B4C + 6 CO

Егер магний қолданылса, реакцияны графит түрінде жүргізуге болады тигель, ал магнийдің қосалқы өнімдері қышқылмен өңдеу арқылы жойылады.[17]

Қолданады

Бор карбиді ішкі тақтайшалар үшін қолданылады баллистикалық көкірекше

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Сұр, Теодор (2012-04-03). Элементтер: Әлемдегі барлық белгілі атомдарды визуалды зерттеу. Black Dog & Leventhal баспагерлері. ISBN  9781579128951. Алынған 6 мамыр 2014.
  2. ^ «Дене сауытында жұмыс істейтін рутгерлер». Asbury Park Press. Asbury Park, NJ 11 тамыз 2012 ж. Алынған 2012-08-12. ... бор карбиді - жердегі ең қатты үшінші материал.
  3. ^ Риджуэй, Рамонд Р. «Бор карбиди», Еуропалық патент CA339873 (A), жарияланған күні: 1934-03-06
  4. ^ а б Балакришнараджан, Мусири М .; Панчаратна, Паттат Д .; Гофман, Роальд (2007). «Бор карбидіндегі құрылым және байланыс: кемшіліктердің жеңілмеуі». Жаңа Дж. Хим. 31 (4): 473. дои:10.1039 / b618493f.
  5. ^ Уран-глинозем отын элементтерін және бор карбидінің күйіп кететін улағыш элементтерін өндіру және бағалау, Wisnyi, L. G. and Taylor, KM, «ASTM No 276 арнайы техникалық басылымында: Ядролық қосымшалардағы материалдар», E-10 комитетінің қызметкерлері, Материалдарды сынау жөніндегі американдық қоғам, 1959
  6. ^ а б Веймер, б. 330
  7. ^ а б Zhang FX, Xu FF, Mori T, Liu QL, Sato A, Tanaka T (2001). «Борға бай жаңа сирек кездесетін қатты заттардың кристалдық құрылымы: REB28.5C4». J. қорытпалары. 329 (1–2): 168–172. дои:10.1016 / S0925-8388 (01) 01581-X.
  8. ^ а б Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Элементтер химиясы (2-ші басылым). Баттеруорт-Хейнеманн. б. 149. ISBN  978-0-08-037941-8.
  9. ^ а б c Домнич, Владислав; Рейно, Сара; Хабер, Ричард А .; Човалла, Маниш (2011). «Бор карбиді: құрылымы, қасиеттері және күйзелістегі тұрақтылығы» (PDF). Дж. Керам. Soc. 94 (11): 3605–3628. дои:10.1111 / j.1551-2916.2011.04865.x. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2014 жылғы 27 желтоқсанда. Алынған 23 шілде 2015.
  10. ^ Экаравонг, А .; Симак, С .; Халтман, Л .; Қайың, Дж .; Аллинг, Б. (2014). «Б-да конфигурациялық бұзылыстың бірінші принциптерін зерттеу4Суператомды-арнайы квазираноды құрылым әдісін қолдана отырып ». Физ. Аян Б.. 90 (2): 024204. arXiv:1508.07786. Бибкод:2014PhRvB..90b4204E. дои:10.1103 / PhysRevB.90.024204. S2CID  39400050.
  11. ^ Экаравонг, А .; Симак, С. Халтман, Л .; Қайың, Дж .; Аллинг, Б. (2015). «Конфигурациялық тәртіптің бұзылуы металдағы металл емес ауысуды тудырды13C2 суператомды-арнайы квазирано-құрылымды арнайы әдіспен зерттейді ». Физ. Аян Б.. 92 (1): 014202. arXiv:1508.07848. Бибкод:2015PhRvB..92a4202E. дои:10.1103 / PhysRevB.92.014202. S2CID  11805838.
  12. ^ Сайрам, К .; Сонбер, Дж .; Мерти, Т.С.Ч .; Субраманиан, С .; Хабли, Р.К .; Сури, А.К. (2012). «B4C-HfB2 композиттерін ыстық реакциямен реакциялау арқылы өңдеу». Халықаралық Дж. Сілтеме Кездесті. Hard Mater. 35: 32–40. дои:10.1016 / j.ijrmhm.2012.03.004.
  13. ^ Соложенко, В.Л .; Куракевич, Александр О .; Ле Годек, Янн; Мезуар, Мохамед; Мезуар, Мохамед (2009). «Бордың алмастағы максималды ерігіштігі: Superhard Diamondlike BC5 синтезі» (PDF). Физ. Летт. 102 (1): 015506. Бибкод:2009PhRvL.102a5506S. дои:10.1103 / PhysRevLett.102.015506. PMID  19257210.
  14. ^ «Бор карбиди». Дәлдік керамика. Архивтелген түпнұсқа 2015-06-20. Алынған 2015-06-20.
  15. ^ А.Сохансанж; А.М. Хадиан (2012). «Нано мөлшеріндегі бор карбидінің ұнтақталған ұнтағын тазарту». Ультра талшық және наноқұрылымды материалдар бойынша екінші халықаралық конференция (UFGNSM). Халықаралық қазіргі физика журналы: конференциялар сериясы. 5: 94–101. Бибкод:2012 IJMPS ... 5 ... 94S. дои:10.1142 / S2010194512001894.
  16. ^ Веймер, б. 131
  17. ^ Патнаик, Прадёт (2002). Бейорганикалық химиялық заттар туралы анықтама. McGraw-Hill. ISBN  0-07-049439-8

Библиография

Сыртқы сілтемелер