Material

Gốm Boron Carbide (B₄C)

Boron carbide (B₄C) nằm trong nhóm vật liệu cứng nhất mà khoa học biết đến — chỉ kim cương và boron nitride lập phương vượt quá độ cứng Vickers 2800–3200…

Boron carbide (B₄C) nằm trong nhóm vật liệu cứng nhất mà khoa học biết đến — chỉ kim cương và boron nitride lập phương vượt quá độ cứng Vickers 2800–3200 HV của nó. Với khối lượng riêng chỉ 2,5 g/cm³, khoảng một phần ba thép, nó mang lại tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng mà không vật liệu kỹ thuật nào sánh kịp.

Hồ sơ cực đoan này khiến B₄C trở thành vật liệu tiêu chuẩn cho giáp chống đạn nhẹ (tấm giáp cá nhân, giáp buồng lái trực thăng), vòi phun mài, đầu phun cát và chi tiết bơm bùn chịu mài mòn cực độ. Nó cũng được dùng làm chất hấp thụ neutron trong lò phản ứng hạt nhân, nơi hàm lượng boron cao cho tiết diện bắt neutron xuất sắc mà không phạt quá nhiều về trọng lượng.

Typical Properties

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

PropertyIndicative Value
Thành phầnBoron carbide
Khối lượng riêng2.50-2.52 g/cm3
Độ cứng Vickers2800-3200 HV
Độ bền uốn400-500 MPa
Độ dai phá hủy2.5-3.5 MPa.m1/2
Nhiệt độ làm việc tối đa1000 C in air (oxidises)
Độ dẫn nhiệt30-40 W/m.K
Hệ số giãn nở nhiệt (20-1000 C)5.0 x10-6/K
Potential Advantages

Vật liệu cứng thứ ba được biết đến (sau kim cương và cBN); cực kỳ nhẹ so với độ cứng; tiết diện bắt neutron xuất sắc; mô-đun đàn hồi cao (~450 GPa); trơ hóa học với nhiều axit và kiềm; chịu năng lượng va đập tốt trong cấu hình giáp.

Design Considerations

Đặc hóa đòi hỏi ép nóng hoặc thiêu kết plasma, hạn chế kích thước và độ phức tạp hình dạng so với gốm thiêu kết không áp. Oxy hóa bắt đầu trên ~1000 °C trong không khí, nên dùng nhiệt độ cao cần môi trường trơ hoặc lớp phủ bảo vệ. Chi phí cao — chỉ dùng B₄C khi độ cứng của nó là không thể thay thế.

Limitations & Trade-offs

Rất khó gia công sau thiêu kết (chỉ mài kim cương); oxy hóa trên 1000 °C nên không dùng lâu dài ở nhiệt độ cao trong không khí; độ dai phá hủy thấp (2,5–3,5 MPa·m^1/2); nguyên liệu và gia công đắt; giới hạn ở hình học tương đối đơn giản.