Помощь, которую материалы на основе карбида бора приносят человечеству
Процесс производства карбида бора звучит несколько похоже на алхимию. В промышленности для получения карбида бора в основном используется метод термического восстановления углеродом. Сначала борная кислота (или борный ангидрид) смешивается с источниками углерода, такими как нефтяной кокс, а затем помещается в электродуговую печь для реакции при высоких температурах 2000-2500 ℃. После периода высокотемпературного «крещения» борная кислота и источник углерода вступают в химическую реакцию в электродуговой печи, образуя кристаллы карбида бора. После выгрузки из печи неочищенный карбид бора должен пройти ряд процессов, таких как измельчение, кислотная промывка, шаровое измельчение и сортировка, чтобы в конечном итоге получить микропорошки карбида бора с различными размерами частиц, отвечающие потребностям различных промышленных применений.
(1) «Косметолог» в обработке драгоценных камней
В ювелирной промышленности карбид бора также находит уникальное применение. Благодаря своей чрезвычайно высокой твердости, его можно использовать для полировки драгоценных камней. Например, на заключительном этапе обработки высококачественных изделий из драгоценных камней, таких как сапфировые линзы для телефонов и корпуса часов Rolex, часто необходимо использовать микропорошок карбида бора размером 1 микрон для зеркальной полировки, чтобы достичь идеальной гладкости и блеска поверхности драгоценного камня, демонстрируя его наиболее совершенное состояние.
(2) Хранитель теплоотвода полупроводников
С непрерывным развитием технологий постоянно расширяются и области применения карбида бора. В полупроводниковой промышленности высокая теплопроводность и низкий коэффициент теплового расширения карбида бора делают его потенциальным «защитником» для отвода тепла от чипов. В лабораторных условиях исследователи нанесли пленки карбида бора на обратную сторону 5-нанометровых чипов. Экспериментальные результаты показывают, что эта пленка может эффективно снижать температуру чипа, улучшать его производительность и стабильность. В будущем карбид бора может играть более значительную роль в отводе тепла от полупроводников, способствуя повышению производительности электронных устройств.
(3) Строительные материалы для марсианской базы
Карбид бора также может сыграть важную роль в исследовании Вселенной. НАСА протестировало композитные панели из карбида бора и эпоксидной смолы и обнаружило, что этот материал обладает хорошей радиационной стойкостью и сверхлегкими свойствами. В будущем ожидается, что композитные материалы на основе карбида бора будут использоваться для внешней отделки марсианских баз, обеспечивая защиту и гарантию выживания человека на Марсе.
Несмотря на то, что карбид бора продемонстрировал множество превосходных свойств и широкие перспективы применения, он все еще сталкивается с некоторыми проблемами. Например, хрупкость керамики из карбида бора всегда была в центре внимания материаловедов. В настоящее время ученые повышают прочность карбида бора путем добавления графена, углеродных нанотрубок или металлических волокон, делая этот материал более «неразрушимым». Кроме того, экологически чистое производство карбида бора также является перспективным направлением развития. Существующий метод термического восстановления углерода для производства карбида бора характеризуется высоким энергопотреблением. Исследователи изучают новые производственные процессы, такие как солнечные коксовые печи и микроволновое спекание, чтобы снизить энергопотребление в процессе производства и добиться устойчивого развития карбида бора.