Borcarbid

Strukturformel
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Allgemeines
Name	Borcarbid
Andere Namen
Summenformel	B4C
CAS-Nummer
Kurzbeschreibung
Eigenschaften
Molmasse	55.25 g/mol
Aggregatzustand	fest
Dichte	2.51 g/cm3
Schmelzpunkt	2760 °C, Achtung Oxidation beachten
Löslichkeit	Unlöslich da kovalent gebundenes Makromolekül

 

Borcarbid (Summenformel B₄C), ein sehr hartes Material, mit Mohshärte 9,3, welches als Verschleißbeständiges Material genutzt wird. Borcarbid wird häufig als Metallcarbid klassifiziert; dies ist sehr umstritten, da Bor nicht eindeutig als Metall einzustufen ist, wenn überhaupt als Halbmetall (vielleicht auch Nichtmetall). Borcarbid ist eine Nichtoxid-Keramikart, die sich ähnlich wie Siliciumkarbid oder Siliciumnitrid durch besondere Härte und Zähigkeit auszeichnet. Borcarbid-Keramik ist sehr verschleißbeständig bei niedrigen Temperaturen. Sie sind, in hinsicht auf ihre Härte, theoretisch sogar verschleißbeständiger als Siliciumnitrid-Keramik.Warum nicht, siehe unten.

Verschleißmechanismus

Verschleißmechanismus

Der Verschleiß durch Schlag oder Reibung erfolgt herkömmlich, indem durch mechanische Energie Teile des Gefüges herausgebrochen werden. In dieser hinsicht ist Borcarbid der ideale Werkstoff, da er der härteste Werkstoff ist, welcher synthetisch ökonomisch hergestellt werden kann. Alternativ wären Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid als harte, verschleißbeständige Materialien zu wählen. Borcarbid schützt sich selbst gegen Oxidation, indem die Oberfläche des Materials mit Sauerstoff wie folgt reagiert: $B_{4}C+{\frac {7oder8}{2}}O_{2}\longrightarrow CO_{(1oder2)}+2B_{2}O_{3}$

Bei der Reaktion ist die Temperatur zu beachten, um zu entscheiden ob sich Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid bildet(Boudouard-Gleichgewicht beachten). Das gebildete Boroxid ist ein Festkörper, welcher bereits bei 450°C, wenn es kristallin ist, sonst (amorh, glasig) schon früher, schmilzt. Die Schmelze hindert den Sauerstoff daran weiter in die Matrix einzudringen, so dass die Oxidation der Matrix gestoppt wird. Das Problem hieran ist, dass bei Verschleißanwendungen häufig wesentlich höhere Temperaturen als 450°C erreicht werden, bei welchen Boroxid sehr dünnflüssig ist. Hierdurch kann Luftsauerstoff leichter durch die Boroxidschmelze diffundieren. Bei der Oxidation von Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid entsteht bei Oxidation nicht Boroxid sondern Siliciumdioxid, welches wesentlich zäher ist, so dass Luftsauerstoff langsamer durch die Schmelze diffundiert. Siliciumnitridoder Siliciumcarbid sind also wesentlich Oxidationsbeständiger.

Verwendung

• Panzerungsmaterial
• als Schneidstoff in der Werkzeugbearbeitung
• Neutronenabsorber in Kernkraftwerken
• Werkstoff für Sandstrahldüsen.