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            硼及含硼材料在航空航天、機(jī)械制造及電子工業(yè)中的應(yīng)用
            [點(diǎn)擊量:2936] [作者:admin] [日期:2008-08-09]

              元素硼(B)用的最多的是生產(chǎn)硼纖維。這種纖維即使在直徑很小的情況下,也具有高強(qiáng)度,可用于航天技術(shù)中的結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合材料除硼纖維外主要成分是環(huán)氧樹脂、聚纖胺樹脂及鈷、鐵及其他金屬。日本一家公司開發(fā)了一種新的硼纖維變體,比碳纖維堅(jiān)牢度提高40%,它比剛強(qiáng)度高,比鋁輕。硼可加入銅、鋼、陶瓷、玻璃和有機(jī)化合物中,用硼、鉻、鉬離子或混合物處理飛機(jī)渦輪葉板用的鋼,其壽命可延長(zhǎng)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(qiáng)鈷合金或碳化鉻的啼絲頭,耐磨性增強(qiáng)。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(jī)、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及高受力旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備。無(wú)定形元素硼粉,在汽車安全氣囊中的消費(fèi)量相當(dāng)可觀。

              鉀、鈉的硼酸鹽既可作為燃機(jī)的冷卻液、制動(dòng)液、液壓液、緩蝕劑的組分,又可作潤(rùn)滑液的極壓液。

              碳化硼在硬度上僅次于鉆石,超過(guò)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(yīng)堆的調(diào)節(jié)杠。用熱壓發(fā)可由粉末狀的碳化硼制造耐熱耐磨噴嘴。碳化硼由于質(zhì)輕可作為艦載直升機(jī)的涂層和防彈盜甲。在1968年越戰(zhàn)期間,美國(guó)軍隊(duì)就配備了大約4萬(wàn)件防彈背心,內(nèi)裝有單片護(hù)心板,具有抵抗高速子彈貫穿的能力。

              氮化硼是一種固體潤(rùn)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(wěn)定性、導(dǎo)熱性、耐火性。六角形氮化硼用于制造坩鍋和化工設(shè)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(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家消費(fèi)量約2t/a,相當(dāng)于鉆石消費(fèi)量的十分之一。

              及硼化物在機(jī)械工業(yè)中的一個(gè)重要用途是化學(xué)熱處理滲硼。因?yàn)楣ぜg,加熱時(shí)氧化燒損等原因,每年鋼鐵的消耗和浪費(fèi)量很大。為了減少機(jī)械零件的腐蝕和磨 損,延長(zhǎng)工件的使用壽命,滲硼是非常有效的方法之一。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍應(yīng)用,我國(guó)已逐步在機(jī)械行業(yè)中推廣,在機(jī)械制造、汽車、農(nóng)業(yè)、建筑機(jī)械、化工設(shè)備 以及鑄造工業(yè)等都有應(yīng)用。一般應(yīng)用的硼化物中有氧化硼、碳化硼、無(wú)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(shí)間3~4h。

              涂滲法:50%B4C+35%CaF2 +15%Na3AlF6。920~950℃,4~6h(注:粘結(jié)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(chǎn)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(chǎn)能力及電流密度。

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

              硼化物在電子及電器工業(yè)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。1988年美國(guó)用于電器設(shè)備制造的絕緣玻璃纖維消耗的硼酸鹽(以B2O3計(jì))達(dá)到10.34萬(wàn)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(chǎn)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(wěn)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(hù)材料以及制造熱發(fā)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(qiáng)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(dǎo)體元件生產(chǎn),日本在20世紀(jì)70年代采用等離子技術(shù)制造,一個(gè)公司每年就生產(chǎn)120t。20世紀(jì)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(dǎo)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(shù)等性能,都優(yōu)于同類產(chǎn)品。

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

              三溴化硼用于半導(dǎo)體元件的生產(chǎn)。

              用硼和稀土元素為基礎(chǔ)的材料,可用于汽車啟動(dòng)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(guó)通用電氣公司于20世紀(jì)80年代初開發(fā)出來(lái),磁能積為30~45MGQe,這種第三代磁材料市場(chǎng)總銷售額接近10億美元。含硼永磁材料主要用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器和有關(guān)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(qū)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(fā)記錄磁頭用非晶形金屬(AM),其成分為Co90Fe5Si15B10。它有助于把應(yīng)力產(chǎn)生的噪音和導(dǎo)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(xué)過(guò)濾器、反應(yīng)器、電極和其它化工設(shè)備,并可用于制造發(fā)電機(jī)、變壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)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(jìn)行用于太陽(yáng)電池的玻璃基質(zhì)半導(dǎo)體方面的研究開發(fā),三層半導(dǎo)體中的一層由添加硼的無(wú)定形碳化碘組成。


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