炭化ホウ素セラミックスの応用

B4Cの超高硬度を利用して、船舶の錆取りサンドブラスト機のサンドブラストヘッドにさまざまなサンドブラストノズルを製造できます。その寿命はアルミナサンドブラストヘッドを使用する場合よりも数十倍長くなります。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か月以上に達します。一般的に、超硬質材料は耐摩耗性に優れており、B4Cはメカニカルシールリングにも適した材料で、ベアリング、車軸、高圧ノズルなどに使用できます。

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セラミック部品を開発しています。原子炉の制御は電気制御によって実行され、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、および放射線耐性が必要です。一般的には、1900〜2000℃で焼結またはホットプレスされたB10を含む焼結B4Cセラミックが選択されます。その相対密度は0.95です。残留気孔が多すぎると、反応ガスを放射線下で保管するとガス膨張と損傷が発生します。したがって、B4Cは可能な限り高密度である必要があり、強度が高いほど良いです。

天然ホウ素中のB10の質量はわずか19.9％ですが、濃縮B10は質量99％に達します。そのため、濃縮B10を使用してB4Cを調製すると、中性子吸収能力が大幅に向上します。中性子吸収材としてのB4Cは、粉末またはペレットの形でステンレス鋼被覆材に包装され、原子炉の制御棒または遮蔽要素を形成できます。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は超硬質で密度が低いため、海外では防弾チョッキや防具の軽量防弾材料として古くから使用されてきました。近年では、高強度ナイロン素材との複合防具への使用も進んでいます。B4Cには多くの優れた特性がありますが、高密度化温度が高く、エネルギー消費量が多く、調製コストが高いため、用途の拡大が制限されています。そして、そのユニーク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りました。