Material

เซรามิกโบรอนคาร์ไบด์ (B₄C)

โบรอนคาร์ไบด์ (B₄C) อยู่ในกลุ่มวัสดุแข็งที่สุดที่วิทยาศาสตร์รู้จัก — มีเพียงเพชรและโบรอนไนตรด์ลูกบาศก์ที่เหนือกว่าความแข็งวิกเกอร์ส 2800–3200 HV ของมัน ด้วยความหนาแน่นเพียง 2.5 g/cm³ หนึ่งในสามของเหล็ก มันให้อัตราความแข็งต่อน้ำหนักที่ไม่มีวัสดุเทคนิคใดเทียบเทียม โปรไฟล์สุดขั้วนี้ทำให้ B₄C เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับเกราะกันกระสุนเบา (แผ่นเกราะส่วนบุคคล เกราะห้องนักบินเฮลิคอปเตอร์) หัวฉีดทราย มูลฉีด และชิ้นส่วนปั๊มโคลนที่ทนสึกหรอสุดขั้ว มันยังใช้เป็นตัวดูดซับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ที่ปริมาณโบรอนสูงให้พื้นที่ตัดหน้าจับนิวตรอนดีเยี่ยมโดยไม่เสียเปรียบน้ำหนักมาก

โบรอนคาร์ไบด์ (B₄C) อยู่ในกลุ่มวัสดุแข็งที่สุดที่วิทยาศาสตร์รู้จัก — มีเพียงเพชรและโบรอนไนตรด์ลูกบาศก์ที่เหนือกว่าความแข็งวิกเกอร์ส 2800–3200 HV ของมัน ด้วยความหนาแน่นเพียง 2.5 g/cm³ หนึ่งในสามของเหล็ก มันให้อัตราความแข็งต่อน้ำหนักที่ไม่มีวัสดุเทคนิคใดเทียบเทียม

โปรไฟล์สุดขั้วนี้ทำให้ B₄C เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับเกราะกันกระสุนเบา (แผ่นเกราะส่วนบุคคล เกราะห้องนักบินเฮลิคอปเตอร์) หัวฉีดทราย มูลฉีด และชิ้นส่วนปั๊มโคลนที่ทนสึกหรอสุดขั้ว มันยังใช้เป็นตัวดูดซับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ที่ปริมาณโบรอนสูงให้พื้นที่ตัดหน้าจับนิวตรอนดีเยี่ยมโดยไม่เสียเปรียบน้ำหนักมาก

Typical Properties

Indicative ranges — confirm grade and test conditions before design commitment.

PropertyIndicative Value
องค์ประกอบBoron carbide
ความหนาแน่น2.50-2.52 g/cm3
ความแข็งวิกเกอร์ส2800-3200 HV
ความแรงดัด400-500 MPa
ความเหนียวต่อการแตกหัก2.5-3.5 MPa.m1/2
อุณหภูมิการใช้งานสูงสุด1000 C in air (oxidises)
การนำความร้อน30-40 W/m.K
การขยายตัวด้วยความร้อน (20-1000 C)5.0 x10-6/K
Potential Advantages

วัสดุแข็งอันดับสามที่รู้จัก (รองจากเพชรและ cBN) เบามากเทียบกับความแข็ง พื้นที่ตัดหน้าจับนิวตรอนดีเยี่ยม โมดูลัสยืดหยุ่นสูง (~450 GPa) เฉื่อยทางเคมีกับกรดและด่างมากมาย ทนพลังงานกระแทกในโครงสร้างเกราะ

Design Considerations

การทำให้เฉพาะต้องแม่พิมพ์ร้อนหรือเผาพลาสมา จำกัดขนาดและความซับซ้อนรูปทรงกว่าเซรามิกเผาไร้แรงกด การออกซิเดชันเริ่ม ~1000 °C ในอากาศ จึงอุณหภูมิสูงต้องสภาพเฉื่อยหรือชั้นเคลือบปกป้อง ต้นทุนสูง — ใช้ B₄C เมื่อความแข็งของมันไม่สามารถทดแทนได้

Limitations & Trade-offs

กลึงหลังเผายากมาก (ขัดเพชรเท่านั้น) ถูกออกซิไดซ์เหนือ 1000 °C จึงไม่ใช้ระยะยาวที่อุณหภูมิสูงในอากาศ ความเหนียวต่อการแตกหักต่ำ (2.5–3.5 MPa·m^1/2) วัสดุและการกลึงแพง จำกัดรูปทรงค่อนข้างเรียบง่าย