탄화붕소 세라믹의 응용

B4C의 초고경도를 활용하면 선박 녹 제거용 샌드블라스팅 기계의 헤드에 사용되는 다양한 샌드블라스팅 노즐을 제작할 수 있으며, 이는 알루미나 헤드를 사용하는 경우보다 수명이 수십 배 더 깁니다. 알루미늄 제품 표면 샌드블라스팅 처리용 노즐 또한 B4C로 제작되며, 한 달 이상 사용할 수 있습니다. 일반적으로 초경질 소재는 내마모성이 우수하며, B4C는 기계식 씰링 링에도 적합한 소재로 베어링, 축, 고압 노즐 등에 사용될 수 있습니다.

둘째로, B4C에 함유된 동위원소 B의 중성자 흡수 특성을 이용하여 원자로 제어용 B4C 세라믹 부품을 개발하고 있다. 원자로 제어는 전기 제어를 통해 이루어지며, 이를 위해서는 높은 중성자 흡수 능력(즉, 높은 중성자 흡수 단면적), 고온 저항성 및 방사선 저항성이 요구된다. 일반적으로 B10을 함유한 소결 B4C 세라믹이 선택되며, 이는 1900~2000℃에서 소결 또는 열간압착된다. 이 소재의 상대 밀도는 0.95이다. 잔류 기공이 너무 많으면 방사선 하에서 반응 가스를 저장할 때 가스 팽창 및 손상을 초래할 수 있다. 따라서 B4C는 가능한 한 치밀해야 하며, 강도가 높을수록 좋다.

천연 붕소에서 B10은 질량 기준으로 19.9%에 불과하지만, 농축 B10은 질량 기준으로 99%에 달할 수 있습니다. 따라서 농축 B10을 사용하여 B4C를 제조하면 중성자 흡수 능력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 중성자 흡수 물질인 B4C는 분말 또는 펠릿 형태로 스테인리스강 피복재에 넣어 원자로의 제어봉이나 차폐 소자로 사용할 수 있습니다. 주로 열중성자 원자로에 사용되지만 고속 중성자 원자로에도 사용됩니다. B4C는 초경질의 저밀도 특성 덕분에 해외에서는 오랫동안 방탄조끼나 방탄복의 경량 방탄 소재로 사용되어 왔습니다. 최근에는 고강도 나일론 소재와 결합하여 방탄복을 만드는 연구도 활발히 진행되고 있습니다. B4C는 여러 가지 우수한 특성을 가지고 있지만, 높은 치밀화 온도, 높은 에너지 소비량, 높은 제조 비용으로 인해 응용 분야 확장에 제약이 있습니다. 하지만 B4C의 독특한 특성 덕분에 다양한 응용 분야를 탐색하고, 비용을 최소화하며, 다른 첨단 세라믹 소재와 경쟁력을 갖추기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.