Borcarbid als Faserverstärkungsmaterial
Borcarbid (chemische Formel: B₄C ) ist ein hervorragendes Faserverstärkungsmaterial, das in der Verbundwerkstoffherstellung vor allem wegen seiner extrem hohen Härte (nur Diamant und kubisches Bornitrid sind härter), seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und seiner hervorragenden chemischen/thermischen Stabilität geschätzt wird. Seine Hauptanwendung als Verstärkung liegt in der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Umweltbeständigkeit von Verbundwerkstoffmatrizen (z. B. Metallen, Keramiken, Polymeren).
Wichtige Anwendungsszenarien als Faserverstärkung
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Verbundwerkstoffe für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
- Wird zur Verstärkung von Leichtmetallmatrizen (z. B. Aluminium, Titanlegierungen) oder Keramikmatrizen (z. B. Aluminiumoxid, Siliziumkarbid) zur Herstellung von Komponenten wie Flugzeugtriebwerksschaufeln, Raketenspitzen und Panzerplatten verwendet.
- Vorteil: Borcarbidfasern verleihen dem Verbundwerkstoff eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit, während das Gesamtgewicht gering gehalten wird – entscheidend für die Reduzierung des Treibstoffverbrauchs von Flugzeugen und die Verbesserung der Panzerungsbeweglichkeit (z. B. kugelsichere Westen für den militärischen Einsatz).
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Hochtemperatur-Industriekomponenten
- Verstärkt hitzebeständige Keramikverbundstoffe für Produkte wie Ofenauskleidungen, Hochtemperaturdüsen und Hitzeschutzschilde (z. B. in Industrieöfen oder Raketenstartsystemen).
- Begründung: Es behält seine strukturelle Stabilität bei Temperaturen bis zu 2400 °C (in einer inerten Atmosphäre) und ist oxidationsbeständig, wodurch eine Verformung oder Zersetzung des Verbundwerkstoffs bei extremer Hitze verhindert wird.
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Verschleißfeste technische Teile
- Gemischt mit Polymermatrizen (z. B. Epoxidharzen) oder Metallmatrizen zur Herstellung von Komponenten mit hohem Verschleiß wie Pumpenlaufrädern, Schneidwerkzeugkanten und Gleitringdichtungen (für den Einsatz im Bergbau, bei der Ölförderung oder im Maschinenbau).
- Vorteil: Seine hohe Härte (Mohshärte ~9,3) reduziert den Oberflächenverschleiß durch Reibung oder Abrieb erheblich und verlängert die Lebensdauer der Teile im Vergleich zu unverstärkten Materialien um das 2- bis 5-fache.
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Abschirmverbundwerkstoffe für die Nuklearindustrie
- Verstärkt Polymer- oder Betonmatrizen für Neutronenabschirmmaterialien in Kernreaktoren oder Lagereinrichtungen für radioaktive Abfälle.
- Einzigartige Eigenschaft: Boratome haben eine starke Fähigkeit, Neutronen zu absorbieren (hoher Neutroneneinfangquerschnitt), wodurch Borcarbid-faserverstärkte Verbundwerkstoffe schädliche Strahlung wirksam blockieren können, ohne übermäßiges Gewicht hinzuzufügen.