Названия | |
---|---|
Название IUPAC Карбид бора | |
Другие названия Tetrabor | |
Идентификаторы | |
Номер CAS | |
3D-модель (JSmol ) | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.031.907 |
PubChem CID | |
UNII | |
CompTox Dashboard (EPA ) | |
InChI
| |
УЛЫБКА
| |
Собственность s | |
Химическая формула | B4C |
Молярная масса | 55,255 г / моль |
Внешний вид | темно-серый или черный порошок без запаха |
Плотность | 2,52 г / см, твердый. |
Температура плавления | 2763 ° C (5005 ° F; 3036 K) |
Точка кипения | 3500 ° C (6330 ° F; 3770 K) |
Растворимость в воде | нерастворимый |
Структура | |
Кристаллическая структура | Ромбоэдрическая |
Опасности | |
Паспорт безопасности | Внешний MSDS |
Родственные соединения | |
Родственные соединения | Нитрид бора |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
Y (что такое ?) | |
Ссылки на инфобокс | |
Карбид бора (химическая формула приблизительно B 4 C) представляет собой чрезвычайно твердый бор –углерод керамику и ковалентный материал, используемый в танке броне, бронежилетах, порохах для двигателей саботаж, а также во многих промышленных применениях. Обладая твердостью по Виккерсу >30 ГПа, это один из самых твердых известных материалов после кубического нитрида бора и алмаза.
Карбид бора был открыт в 19 веке как побочный продукт реакций с участием боридов металлов, но его химическая формула была неизвестна. Только в 1930-х годах химический состав был оценен как B 4 C. Остались разногласия относительно того, имеет ли материал такую точную стехиометрию 4: 1 , поскольку на практике материал всегда имеет небольшой дефицит углерода в отношении этой формулы, и рентгеновская кристаллография показывает, что его структура очень сложная, со смесью цепей CBC и B 12икосаэдров.
Эти особенности противоречат очень простой точной эмпирической формуле B 4 C. Из-за структурной единицы B 12 химическая формула «идеального» карбида бора часто записывается не как B 4 C, а как B 12C3, и дефицит углерода карбид бора, описанный в терминах комбинации единиц B 12C3и B 12 CBC.
Способность карбида бора поглощать нейтроны без образования долгоживущих радионуклидов делает его привлекательным поглотителем нейтронов. радиация, исходящая от атомных электростанций и от противопехотных нейтронных бомб. Применение карбида бора в ядерной области включает в себя экранирование, регулирующие стержни и таблетки для отключения. В регулирующих стержнях карбид бора часто измельчают для увеличения площади его поверхности.
Карбид бора имеет сложный кристалл структура, типичная для боридов на основе икосаэдра. Здесь B 12икосаэдры образуют ромбоэдрический элемент решетки (пространственная группа: R3m (№ 166), постоянные решетки: a = 0,56 нм и c = 1,212 нм), окружающую цепь CBC, которая находится в центре элементарной ячейки, и оба атома углерода соединяют три соседних икосаэдра. Эта структура является слоистой: икосаэдры B 12 и мостиковые атомы углерода образуют сетевую плоскость, которая распространяется параллельно c-плоскости и складывается вдоль оси c. Решетка имеет две основные структурные единицы - икосаэдр B 12 и октаэдр B 6. Из-за небольшого размера октаэдров B 6 они не могут соединяться между собой. Вместо этого они связываются с икосаэдрами B 12 в соседнем слое, и это снижает прочность связи в c-плоскости.
Из-за структурной единицы B 12 химическая формула «идеального» карбида бора часто записывается не как B 4 C, а как B 12C3, а дефицит углерода карбида бора описывается как комбинация B 12C3и B 12C2. Некоторые исследования указывают на возможность включения одного или нескольких атомов углерода в икосаэдры бора, что дает основания для формул, таких как (B 11 C) CBC = B 4 C у углеродного тяжелый конец стехиометрии, но такие формулы, как B 12 (CBB) = B 14 C на богатом бором конце. Таким образом, «карбид бора» представляет собой не одно соединение, а семейство соединений различного состава. Обычным промежуточным продуктом, который приблизительно соответствует обычно найденному соотношению элементов, является B 12 (CBC) = B 6,5 C. Квантово-механические расчеты показали, что конфигурационный беспорядок между атомами бора и углерода в различных положениях в кристалле определяет несколько свойств материалов, в частности, симметрию кристалла состава B 4 C и неметаллический электрические характеристики состава B 13C2.
Карбид бора известен как прочный материал, имеющий чрезвычайно высокую твердость (примерно от 9,5 до 9,75 по шкале твердости Мооса ), высокое сечение поглощения нейтронов (т.е. хорошие защитные свойства от нейтронов), устойчивость к ионизирующему излучению и большинству химикатов. Его твердость по Виккерсу (38 ГПа), модуль упругости (460 ГПа) и вязкость разрушения (3,5 МПа · м) приближаются к соответствующим значениям для алмаза (1150 ГПа). и 5,3 МПа · м).
По состоянию на 2015 год карбид бора является третьим по твердости известным веществом после алмаза и кубического нитрида бора, за что получил прозвище " черный алмаз ».
Карбид бора - это полупроводник, в электронных свойствах которого преобладает перенос прыжкового типа. Энергетическая ширина запрещенной зоны зависит от состава, а также от степени порядка. Ширина запрещенной зоны оценивается в 2,09 эВ с множеством состояний средней запрещенной зоны, которые усложняют спектр фотолюминесценции. Материал обычно р-типа.
Карбид бора был впервые синтезирован Анри Муассаном в 1899 году путем восстановления триоксида бора либо углеродом или магний в присутствии углерода в электрической дуговой печи. В случае углерода реакция протекает при температурах выше точки плавления B 4 C и сопровождается выделением большого количества монооксида углерода :
Если используется магний, реакцию можно проводить в графитовом тигле, а побочные продукты магния удаляются обработкой кислотой.