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Carburo de boro es un material cerámico de boro-carbono extremadamente duro que se utiliza en la armadura del tanque, chalecos antibalas, y numerosas aplicaciones industriales. Con una dureza de Mohs de aproximadamente 9,497, que es uno de los materiales más duros conocidos, detrás de nitruro de boro cúbico y el diamante.

Carburo de boro fue descubierto en el siglo 19 como un subproducto de las reacciones que implican boruros de metal, sin embargo, su fórmula química era desconocido. No fue sino hasta la década de 1930 que la composición química se estimó como B4C. Quedaba, sin embargo, la controversia en cuanto a si o no el material tenía esta estequiometría exacta 4:01, como en la práctica, el material es siempre un poco de carbono deficiente en lo que se refiere a esta fórmula, y la cristalografía de rayos X muestra que su estructura es muy compleja , con una mezcla de cadenas de CBC y B12 icosaedros. Estas características se opusieron a una simple fórmula empírica B4C exacta. Debido a la unidad estructural B12, la fórmula química del boro "ideal" de carburo se escribe a menudo no como B4C, pero como B12C3, y la deficiencia de carbono de carburo de boro se describe en términos de una combinación de los B12C3 y B12C2 unidades.

La capacidad de carburo de boro para absorber los neutrones sin formar radionucleidos de período largo lo hace atractivo como un absorbente para la radiación de neutrones que surja en las plantas de energía nuclear. Las aplicaciones nucleares de carburo de boro se incluyen blindaje, barra de control y cierran gránulos. Dentro de las barras de control, el carburo de boro es a menudo en polvo, para aumentar su área superficial.

Estructura cristalina

Carburo de boro tiene una estructura de cristal típico complejo de base de boruros icosaedro. Hay, B12 icosaedros formar una unidad de entramado romboédrica que rodea una cadena CBC que reside en el centro de la celda unitaria, y ambos átomos de carbono puente de la vecina tres icosaedros. Esta estructura es capas: la B12 icosaedro y carbonos puente forman un plano de la red que se extiende paralelo al plano C y pilas a lo largo del eje c. La red cuenta con dos unidades básicas de la estructura - la B12 icosaedro y el octaedro B6. Debido al pequeño tamaño de la B6 octaedros, que no pueden interconectarse. En su lugar, se enlazan a la B12 icosaedros en la capa cercana, y esto disminuye la resistencia de la unión en el c-avión.

Debido a la unidad estructural B12, la fórmula química del boro "ideal" de carburo se escribe a menudo no como B4C, pero como B12C3, y la deficiencia de carbono de carburo de boro se describe en términos de una combinación de los B12C3 y B12C2 unidades. Algunos estudios indican la posibilidad de incorporación de uno o más átomos de carbono en el boro icosaedros, dando lugar a fórmulas tales como CSC = B4C al final de carbono-pesada de la estequiometría, pero las fórmulas tales como B12 = B14C al final rico en boro . Un intermedio común, que se aproxima a una relación que se encuentra comúnmente de elementos, es B12 = B6.5C.

Propiedades

Carburo de boro se conoce como un material sólido que tiene una alta dureza, alta sección transversal de absorción de neutrones, la estabilidad a la radiación ionizante y la mayoría de productos químicos. Su dureza Vickers y tenacidad a la fractura se acercan a los valores correspondientes para diamante.

Preparación

Carburo de boro fue sintetizado primero por Henri Moissan en 1899, por reducción de trióxido de boro, ya sea con carbono o magnesio en presencia de carbono en un horno de arco eléctrico. En el caso del carbono, la reacción tiene lugar a temperaturas por encima del punto de fusión B4C y está acompañado por la liberación de gran cantidad de monóxido de carbono:

 2 B2O3 7 C? B4C 6 CO

Si se utiliza de magnesio, la reacción puede llevarse a cabo en un horno de grafito, y los subproductos de magnesio se elimina por tratamiento con ácido.

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