बोरॉन कार्बाइड

बोरॉन कार्बाइड (रासायनिक सूत्र लगभग B4C) एक अत्यंत कठोर बोरॉन-कार्बन सिरेमिक है जो टैंक कवच,, बुलेटप्रूफ जैकेट, इंजन सैबोटेज पाउडर के साथ-साथ कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली सहसंयोजक पदार्थ है। >30 GPa विकर्स कठोरता परीक्षण के साथ, यह क्यूबिक बोरॉन नाइट्राइड और हीरे के पीछे सबसे कठिन ज्ञात सामग्रियों में से एक है।

इतिहास
बोरॉन कार्बाइड की खोज 19वीं शताब्दी में धातु बोराइड्स से जुड़ी प्रतिक्रियाओं के उप-उत्पाद के रूप में हुई थी, किंतु इसका रासायनिक सूत्र अज्ञात था। यह 1930 के दशक तक नहीं था कि रासायनिक संरचना का अनुमान B4C के रूप में लगाया गया था। इस बात पर विवाद बना रहा कि क्या पदार्थ में स्पष्ट 4:1 स्तुईचिओमेटरी थी या नहीं, जैसा कि व्यवहार में पदार्थ सदैव इस सूत्र के संबंध में कार्बन की थोड़ी कमी होती है, और एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी से पता चलता है कि इसकी संरचना अत्यधिक जटिल है, मिश्रण के साथ सी-बी-सी चेन और बी12 आईकोसाहेड्रा है |

इन सुविधाओं ने एक बहुत ही सरल स्पष्ट B4C अनुभवजन्य सूत्र के विरुद्ध तर्क दिया। B12 संरचनात्मक इकाई के कारण, आदर्श बोरॉन कार्बाइड का रासायनिक सूत्र अधिकांशतः B4C के रूप में नहीं है | किंतु B12C3 के रूप में लिखा जाता है और B12C3 और B12CBC इकाइयों के संयोजन के संदर्भ में वर्णित बोरॉन कार्बाइड की कार्बन कमी है।

क्रिस्टल संरचना
बोरॉन कार्बाइड में एक जटिल क्रिस्टल संरचना होती है जो बोरॉन युक्त धातु बोराइड्स की क्रिस्टल संरचना की विशिष्ट होती है। वहां, B12 आईकोसाहेड्रा एक समभुज जाली इकाई (अंतरिक्ष समूह: R3m (संख्या 166) जालक स्थिरांक: a = 0.56 nm और c = 1.212 nm) एक C-B-C शृंखला के चारों ओर जो इकाई कोशिका और दोनों कार्बन परमाणुओं के केंद्र में रहता है। निकटतम तीन इकोसहेड्रा को पार करें। यह संरचना स्तरित है: B12 आईकोसाहेड्रा और ब्रिजिंग कार्बन एक नेटवर्क प्लेन बनाते हैं जो सी-प्लेन के समानांतर फैलता है और सी-अक्ष के साथ ढेर हो जाता है। जाली की दो बुनियादी संरचना इकाइयाँ हैं - B12 आईकोसैहेड्रॉन और B6 ऑक्टाहेड्रॉन के छोटे आकार के कारण, वे आपस में जुड़ नहीं सकते है। इसके अतिरिक्त, वे निकटतम परत में, B12 आईकोसाहेड्रा और इससे सी-प्लेन में बंधन शक्ति कम हो जाती है।

B12 संरचनात्मक इकाई के कारण, आदर्श बोरॉन कार्बाइड का रासायनिक सूत्र अधिकांशतः B4C के रूप में नहीं किंतु B12C3 के रूप में लिखा जाता है, और B12C3 और B12C2 इकाइयों के संयोजन के संदर्भ में वर्णित बोरॉन कार्बाइड की कार्बन कमी है। कुछ अध्ययनों से बोरॉन आईकोसाहेड्रा में एक या अधिक कार्बन परमाणुओं को सम्मिलित करने की संभावना का संकेत मिलता है, जैसे कि (B11C)CBC = B4C जैसे स्टोइकोमेट्री के कार्बन-भारी अंत में सूत्रों को जन्म देता है, किंतु सूत्र जैसे B12(CBB) = B14C बोरॉन युक्त सिरे पर C. बोरॉन कार्बाइड इस प्रकार एक एकल यौगिक नहीं है, किंतु विभिन्न रचनाओं के यौगिकों का एक वर्ग है। एक सामान्य मध्यवर्ती, जो तत्वों के सामान्य रूप से पाए जाने वाले अनुपात का अनुमान लगाता है, वह B12(CBC) = B6.5C है । क्वांटम यांत्रिक गणना ने प्रदर्शित किया है कि क्रिस्टल में विभिन्न पदों पर बोरॉन और कार्बन परमाणुओं के बीच विन्यास संबंधी विकार पदार्थ के कई गुणों को निर्धारित करता है - विशेष रूप से, B4C संरचना के क्रिस्टल समरूपता और B13C2 संरचना के गैर-धातु विद्युत प्रकृति है।

गुण
बोरॉन कार्बाइड को अत्यधिक उच्च कठोरता (लगभग 9.5 से 9.75 मोह्स कठोरता मापदंड पर), न्यूट्रॉन के अवशोषण के लिए उच्च क्रॉस सेक्शन (अर्थात न्यूट्रॉन के खिलाफ अच्छे परिरक्षण गुण), आयनीकरण विकिरण की स्थिरता और अधिकांश रसायनों के साथ एक शक्तिशाली पदार्थ के रूप में जाना जाता है। इसकी विकर्स कठोरता (38 GPa), लोचदार मापांक (460 GPa) और फ्रैक्चर कठोरता (3.5 MPa·m1/2) डायमंड के लिए संबंधित मानो (11150 GPa and 5.3 MPa·m1/2) तक पहुंचती है.

, बोरॉन कार्बाइड हीरा और घन बोरान नाइट्राइड के बाद ज्ञात तीसरा सबसे कठोर पदार्थ है, जो इसे काला हीरा उपनाम देता है।

अर्धचालक गुण
बोरॉन कार्बाइड एक अर्धचालक है, जिसमें होपिंग-टाइप ट्रांसपोर्ट पर इलेक्ट्रॉनिक गुणों का प्रभुत्व है। ऊर्जा अंतराल रचना के साथ-साथ ऑर्डर की डिग्री पर निर्भर करता है। बैंड गैप का अनुमान 2.09 eV है, जिसमें कई मिड-बैंडगैप अवस्था हैं जो फोटोलुमिनेसेंस स्पेक्ट्रम को जटिल बनाते हैं। पदार्थ सामान्यतः पी-प्रकार है।

तैयारी
बोरॉन कार्बाइड को पहली बार 1899 में हेनरी मोइसन द्वारा इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में कार्बन की उपस्थिति में कार्बन या मैगनीशियम के साथ बोरान ट्राइऑक्साइड की कमी करके संश्लेषित किया गया था।। कार्बन के स्थिति में, अभिक्रिया B4C के गलनांक से ऊपर के तापमान पर होती है और बड़ी मात्रा में कार्बन मोनोआक्साइड की मुक्ति के साथ है: :


 * 2 B2O3 + 7 C → B4C + 6 CO

यदि मैग्नीशियम का उपयोग किया जाता है, तो ग्रेफाइट क्रूसिबल में प्रतिक्रिया की जा सकती है, और अम्ल के उपचार से मैग्नीशियम उप-उत्पादों को हटा दिया जाता है।



अनुप्रयोग
इसकी कठोरता के लिए: धातु मैट्रिक्स समग्र कंपोजिट
 * ताला
 * व्यक्तिगत और वाहन विरोधी बैलिस्टिक कवच चढ़ाना
 * सैंडब्लास्टिंग नोजल
 * जल जेट कटर हाई प्रेशर वॉटर जेट कटर नोज़ल
 * खरोंच और पहनने के लिए प्रतिरोधी कोटिंग्स
 * काटने के उपकरण और मर जाते हैं
 * अपघर्षक
 * वाहनों के ब्रेक लाइनिंग में

अन्य गुणों के लिए:
 * न्यूट्रॉन_ज़हर या परमाणु रिएक्टर में जलने योग्य_ज़हर (नीचे देखें)
 * ठोस ईंधन रैमजेट के लिए उच्च ऊर्जा ईंधन

परमाणु अनुप्रयोग
लंबे समय तक रहने वाले रेडियोन्यूक्लाइड बनाए बिना न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए बोरॉन कार्बाइड की क्षमता इसे परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पन्न होने वाले न्यूट्रॉन विकिरण के लिए एक अवशोषक के रूप में और कार्मिक-विरोधी न्यूट्रॉन बमों से आकर्षक बनाती है। बोरॉन कार्बाइड के परमाणु अनुप्रयोगों में परिरक्षण सम्मिलित है।

यह भी देखें

 * कार्बन नंबर 1 वाले यौगिकों की सूची

बाहरी संबंध

 * National Pollutant Inventory – Boron and compounds
 * NIST Chemistry Database Entry for Boron Carbide