炭化ホウ素セラミックスの応用

B4Cの超高硬度を利用することで、船舶の錆除去用サンドブラスト機のサンドブラストヘッドに使用できる様々なサンドブラストノズルを製造でき、アルミナ製サンドブラストヘッドを使用した場合よりも数十倍長い寿命を実現できます。アルミニウム製品の表面サンドブラスト処理に使用されるノズルもB4C製で、その耐用年数は1ヶ月以上に及びます。一般的に、超硬材料は耐摩耗性に優れており、B4Cはベアリング、車軸、高圧ノズルなどに使用できるメカニカルシールリングにも適した材料です。

第二に、B4C中の同位体Bの中性子吸収特性を利用して、原子炉制御用のB4Cセラミック部品が開発されている。原子炉の制御は電気制御によって行われるため、高い中性子吸収能力、すなわち高い中性子吸収断面積、高温耐性、および耐放射線性が求められる。一般的に、1900～2000℃で焼結またはホットプレスされたB10含有焼結B4Cセラミックが選ばれる。その相対密度は0.95である。残留気孔が多すぎると、放射線下で反応ガスを貯蔵するとガス膨張や損傷を引き起こす。したがって、B4Cはできるだけ高密度である必要があり、強度が高いほど良い。

天然ホウ素中のB10の割合は質量比でわずか19.9%ですが、濃縮B10は質量比で99%に達します。そのため、濃縮B10を使用してB4Cを製造すると、中性子吸収能力が大幅に向上します。中性子吸収材であるB4Cは、粉末またはペレット状でステンレス鋼被覆に包装され、原子炉の制御棒や遮蔽要素として使用されます。主に熱中性子炉で使用されますが、高速中性子炉でも使用されます。B4Cは超硬質で低密度であるため、海外では長年にわたり防弾チョッキや防弾チョッキ用の軽量防弾材として使用されてきました。近年では、高強度ナイロン材料との複合装甲材としての使用も進展しています。B4Cは多くの優れた特性を持っていますが、高密度化温度が高いこと、エネルギー消費量が多いこと、製造コストが高いことが、用途の拡大を制限しています。そして、その独特な特性のいくつかは、人々がその用途を探求し、コストを最小限に抑え、他のハイテクセラミックスと競争しようと努力するきっかけとなっている。