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            硼及含硼材料在航空航天、機械制造及電子工業中的應用
            [點擊量:2811] [作者:admin] [日期:2008-08-09]

              元素硼(B)用的最多的是生產硼纖維。這種纖維即使在直徑很小的情況下,也具有高強度,可用于航天技術中的結構材料。復合材料除硼纖維外主要成分是環氧樹脂、聚纖胺樹脂及鈷、鐵及其他金屬。日本一家公司開發了一種新的硼纖維變體,比碳纖維堅牢度提高40%,它比剛強度高,比鋁輕。硼可加入銅、鋼、陶瓷、玻璃和有機化合物中,用硼、鉻、鉬離子或混合物處理飛機渦輪葉板用的鋼,其壽命可延長1.5倍。用硼、硅、鈦離子處理用于噴射玻璃纖維或合成纖維的超強鈷合金或碳化鉻的啼絲頭,耐磨性增強。硼纖維由于具有模量高、熱膨脹低的性能,可制作超速離心機、超導發電機及高受力旋轉的機械設備。無定形元素硼粉,在汽車安全氣囊中的消費量相當可觀。

              鉀、鈉的硼酸鹽既可作為燃機的冷卻液、制動液、液壓液、緩蝕劑的組分,又可作潤滑液的極壓液。

              碳化硼在硬度上僅次于鉆石,超過碳化硅和碳化鈣,用作磨料、拋光工具、鉆頭。他又具有吸收中子的性能,故用于制造原子反應堆的調節杠。用熱壓發可由粉末狀的碳化硼制造耐熱耐磨噴嘴。碳化硼由于質輕可作為艦載直升機的涂層和防彈盜甲。在1968年越戰期間,美國軍隊就配備了大約4萬件防彈背心,內裝有單片護心板,具有抵抗高速子彈貫穿的能力。

              氮化硼是一種固體潤滑劑、脫模劑,俗稱“白石墨”。它具有三種變體: 和 ,研究最多的是石墨狀立方體氮化硼。氮化硼具有良好的絕緣性、熱穩定性、導熱性、耐火性。六角形氮化硼用于制造坩鍋和化工設備。立方體形氮化硼具有與鉆石相近的高硬度,但延性不良,在類鉆石(立方體形)商品品種中著名的是Borazon。立方體氮化硼用于研磨硬化鋼制件及用于磨削工具,國外發達國家消費量約2t/a,相當于鉆石消費量的十分之一。

              及硼化物在機械工業中的一個重要用途是化學熱處理滲硼。因為工件腐蝕,加熱時氧化燒損等原因,每年鋼鐵的消耗和浪費量很大。為了減少機械零件的腐蝕和磨 損,延長工件的使用壽命,滲硼是非常有效的方法之一。國外發達國家已普遍應用,我國已逐步在機械行業中推廣,在機械制造、汽車、農業、建筑機械、化工設備 以及鑄造工業等都有應用。一般應用的硼化物中有氧化硼、碳化硼、無水硼砂。氟硼酸鈉、氟硼酸鉀、氟硼酸鋰、硼的鐵以及稀土元素硼化物如硼化銪、硼化鈰等。 一般滲硼方法有:

              粉末法:50%B4C+43%Al2O3+4%NaCl+5%KBF4。處理溫度950℃,時間3~4h。

              涂滲法:50%B4C+35%CaF2 +15%Na3AlF6。920~950℃,4~6h(注:粘結劑為桃膠水溶液)。

              熔鹽法:5%Na2B4O7+10%SiC +20%Na3AlF6+5%B4C+5%Cr2O3+少量KCl。900~950℃,4~6h。

              熔鹽電解法:70%Na2B4O7+30%Na2SO3。600~700℃,2~6h(注:電流密度0.2A/dm2)。

              氣體法:BCl3:H2=5:100, 850℃,3~6h。

              氟硼酸鉀、氟硼酸銨用于產生特種****。氟硼酸鉛、氟硼酸亞錫、氟硼酸鎳以及氟硼酸鋅等氟硼酸鹽,可用作電鍍液,并可提高電解槽的生產能力及電流密度。

              國外在機械工業上硼化物消費量較大。美國在20世紀50年代末期用作透平推進劑的硼砂就占硼砂生產總量的11%,到20世紀70年代中期,金屬玻璃和磨料占硼化物總消費量的2%,而到1976年硼化物用量相當可觀,金屬噴涂料和電鍍用的硼化物(以B2O3計)占全年34萬t消費量的10%。

              硼化物在電子及電器工業的應用也相當廣泛。1988年美國用于電器設備制造的絕緣玻璃纖維消耗的硼酸鹽(以B2O3計)達到10.34萬t,占總消耗量的29.1%。

              元素硼(純度99.999%)在可控硅元件上作摻雜源,氮化硼是彩色顯像管生產材料之一。

              六硼化鑭用作大功率電子儀表陰極以及帶粒子加速器(回旋加速器、同步穩相加速器)的制作材料。另外還用于難熔金屬真空電子束焊接裝置。

              六硼化鈣(CaB6)這種富硼金屬化合物不僅是煉鋼及其合金的有效脫氧劑,而且還用作核防護材料以及制造熱發射陰極。

              硼金屬化合物可制作電子儀表的陰極。用人工合成的硼酸鎂纖維增強塑料可用作精密儀器的器材。高純度(99.99%以上)的氮化硼用于半導體元件生產,日本在20世紀70年代采用等離子技術制造,一個公司每年就生產120t。20世紀80年代,日本另一家公司重新研制的這種新型高純度氮化硼商品名KBN-O,其性能如熱導率與鐵、鋁相似,而其他絕緣性能比氧化鈷高3~4倍。在高電壓下不易被破壞,其絕緣破壞值為39,它的絕緣耐力和摩擦系數等性能,都優于同類產品。

              高純度三氯化硼(99.99%)用于光導向裝置、超高集成密度電路制造。

              三溴化硼用于半導體元件的生產。

              用硼和稀土元素為基礎的材料,可用于汽車啟動器的磁鐵,代替普通的鐵氧體磁鐵。其分子式為R2Fe14B的化合物(R為稀土元素)。如釹鐵硼(Fe14Nd2B)是新一代含硼永磁材料,有日本住友金屬公司和美國通用電氣公司于20世紀80年代初開發出來,磁能積為30~45MGQe,這種第三代磁材料市場總銷售額接近10億美元。含硼永磁材料主要用于電動機、發電機、變壓器和有關裝置中,其化合物包括FeBSi、FeNiBSi和CoFeNiBSi等。另外如高額軟磁材料,適用于高額區工作的材料軟磁鐵氧化,其電阻率比金屬高出六倍以上。

              日本已開發記錄磁頭用非晶形金屬(AM),其成分為Co90Fe5Si15B10。它有助于把應力產生的噪音和導磁率減少量降到最低程度。

              非晶型金屬材料即所謂的金屬玻璃,可用與制造永磁電纜、化學過濾器、反應器、電極和其它化工設備,并可用于制造發電機、變壓器、轉換開關等用的零件。非晶型金屬材料用作電工鋼的代用品,如硅鋼片。用它制造的變壓器鐵心,需要的充磁能量低于普通鋼,高于其它材料制的鐵心。

              日本正在進行用于太陽電池的玻璃基質半導體方面的研究開發,三層半導體中的一層由添加硼的無定形碳化碘組成。


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