应用领域持续深化
核工业:作为控制棒和屏蔽组件的核心材料,高密度碳化硼芯块的批量化生产技术日益成熟,保障了核电站的安全运行 。
国防与高端制造:用于单兵防弹护具、军机轻量化装甲以及半导体精密设备的耐磨配件 。
新能源:开始应用于锂电池性能优化及新能源车散热防护涂层,成为新能源领域的潜力材料 。
这些动态表明,中国碳化硼产业正从单纯的规模扩张向高技术含量、高附加值及全链条自主化方向加速转型。
其他:耐火材料、热电偶保护管、半导体元件、电极材料。
碳化硼是最硬的人造磨料之一,硬度仅次于金刚石,其硬度为9.36,研磨效率高,适用于各种硬质合金,宝石等材料的研磨、抛光、钻孔等加工,是金刚石的理想代用材料。 碳化硼也是工程制品,耐火材料,特殊焊接的主要原料,可制成耐磨焊条、各种高级快速切削刀具和耐磨程度极高的磨具、喷砂嘴、密封环和精密量元件等。 碳化硼比重2.52g/cm3.熔点2450度,耐高温与碱不起反应,具有吸收中子和半导体导电性质,是制造硼化钛等金属硼化物,硼钢和核工业中子吸收剂等不可缺少的材料。
牡丹江市宏达碳化硼有限公司成立于1993年。是目前中国生产碳化硼的专业厂家,我厂为满足不同厂家的不同生产要求,在不断的求新,提升每名员工的素质,完善生产工艺。本厂以"质量第一,客户至上"的经营宗旨,热诚欢迎国内外客户光顾,淡谈业务。
凭借上述性能,碳化硼在多个高技术领域扮演着关键角色。
研磨与抛光材料:由于其极高的硬度,碳化硼粉末或制成的研磨膏被广泛用于硬质合金、宝石、陶瓷等硬质材料的磨削、钻孔及抛光,研磨效率可达金刚石的60%-70%,是碳化硅的1倍。
防护装甲材料:碳化硼的高硬度与低密度组合,使其成为制造轻质高性能防弹衣、装甲车陶瓷复合板及直升机、舰船涂层的理想材料。相比传统材料,它能显著减重并提升防护效果。
核工业中子吸收剂:碳化硼主要用于制造核反应堆的控制棒,以控制裂变反应速率,亦用于中子屏蔽组件。历史上在切尔诺贝利核事故中,曾使用近2000吨碳化硼来终止链式反应。
高温耐磨与耐火部件:碳化硼陶瓷制品常用于需要耐受高温、高压及磨损的部件,例如:
喷砂嘴、水射流喷嘴:替代传统硬质合金,寿命更长。
机械密封环、轴承、陀螺仪等精密耐磨零件。
高温热交换器、熔融金属坩埚及冶金、化工设备中的耐腐蚀部件。
反应堆对中子吸收材料的基本要求是:中子吸收速率高,化学活性低,热物理性能优良,照射后二次辐射低,且来源丰富,生产工艺简单,价格低廉。
碳化硼有很宽的均相区,B4C单位晶胞是由15个原子(12个硼原子,3个碳原子)组成的菱形晶,其特殊的晶体结构形成了强的共价键,这种晶体结构形式决定了碳化硼具有超硬度、高熔点、低密度、低热膨胀系数、高耐磨性等一系列优良的物理、化学性质。
碳化硼(B4C)的熔点为2450℃,几乎能抗所有的有机、无机酸碱和水的腐蚀,吸收能谱宽,中子吸收截面高,是快中子首选的吸收材料。在世界已公布的反应堆中,有相当大的部分是使用碳化硼作为中子吸收材料。
来源:郑州嵩山碳化硼关键字:碳化硼 、牡丹江碳化硼
普通磨料碳化硼-作为已知最坚硬的三种材料之一(仅次于金刚石和立方相氮化硼),适用于硬质材料的磨削、研磨及抛光,如超硬合金、宝石等硬质材料,陶瓷耐磨零件,包括磨耗增强板、泵零件、轴承、喷嘴、阀零件工程陶瓷(包括结构、环境和过程用陶瓷)等。此外,碳化硼在核工业中是重要的中子吸收材料,又称核级碳化硼。化学成分是影响碳化硼使用性能的关键因素,对产品的生产和应用具有重要的指导意义。
不同的用途场合所对应的各成分指标均有所不同。其中JB/T 3294-2017《普通磨料 碳化硼》中各粒度号要求如表1所示。
表1 各粒度号碳化硼产品的化学成分
| 粒度范围 | 化学成分(%) |
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| B4C≥ | B总≥ | C总≥ | B2O3≤ | C游≤ | Fe2O3≤ |
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| F4~F90 | 95.00 | 76.00 | 20.00 | 0.20 | 1.50 | 0.25 |
| F100~F220 | 96.00 | 77.00 | 20.50 | 0.15 | 2.00 |
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| F230~F600 | 95.00 | 76.50 | 20.00 | 0.15 | 3.00 |
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| F800~F1200 | 92.50 | 75.00 | 20.00 | 0.20 | 4.00 |
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在核工业相关标准规范中,对碳化硼的技术指标有详细规定的主要是《ASTM C750-2018 Standard Specifification for Nuclear-Grade Boron Carbide Powder》和《EJ/T20077-2014铅硼聚乙烯板》,具体的指标要求如表2和表3所示。
表2 核级碳化硼技术要求
| 序号 | 化学成分 | 指标要求 | 检测依据 |
| 1 | 总硼Total boron (B) | 73.0%-81.0% | ASTMC750-2018ASTMC791-2019 |
| 2 | 硝酸可溶硼Nitric acid-soluble boron(B) | ≤0.5% |
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| 3 | 水溶性硼Water-soluble boron(B) | ≤0.2% |
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| 4 | 钙Calcium (Ca) | ≤0.3% |
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| 5 | 铁Iron(Fe) | ≤1.0% |
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| 6 | 总硼+总碳total boron +total carbon(B+C) | ≥98.0% |
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| 7 | 氟Fluoride(F) | ≤25μg/g |
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| 8 | 氯Chloride(Cl) | ≤75μg/g |
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表3 铅硼聚乙烯板对碳化硼的指标要求
| 化学成分(质量分数)% | 检测依据 |
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| B4C≥ | B总≥ | C总≥ | B2O3≤ | C游≤ | Fe2O3≤ | EJ/T20077-2014JB/T7993-2012 |
| 95.00 | 76.50 | 20.00 | 0.15 | 3.00 | 0.25 |
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主要依据JB/T 7993-2012 《碳化硼化学分析方法》标准检测,该标准主要分析碳化硼样品中总硼、总碳、三氧化二铁、二氧化硅、三氧化二硼、游离硼、游离碳等7项。从该标准中可以看出总硼、总碳、三氧化二硼、游离硼、游离碳是碳化硼分析检测中的重点。由于碳化硼存在不同的同分异构体属于非化学式化合物,B4C含量的检测主要通过化合硼和化合碳含量计算出来。
2.核级碳化硼分析主要依据ASTM C791-2019《核级碳化硼的化学、质谱及光谱分析标准方法》标准检测,该标准规定了总硼、总碳、可溶性硼、同位素分析(质谱法)、游离碳、铁、铝、硅、钙、钴、铬、铜、镁、锰、钼、磷、镍、钛、钨、锆和氟、氯等化学成分检测方法。该标准检测项目覆盖了核级碳化硼的技术指标,为核工业相关用户提供了检测依据和方法。
3.国内核级碳化硼标准主要为YS/T 423.1~5-2000 系列标准《核级碳化硼粉末化学分析方法》,主要项目为 总硼量、总碳量、铁量、游离硼量、氧含量等五项。该系列标准涵盖了碳化硼样品中氧含量的检测,为核级碳化硼粉末及芯块提供了检测方法。
4.碳化硼各项目检测技术对比表4 碳化硼标准方法技术对照表
| 标准 | 检测项目及方法 |
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| 总硼 | 可溶于硝酸的硼/游离硼 | 可溶于水的硼/氧化硼 | F/Cl | Ca | Fe/Fe2O3 | 总碳 | 游离碳 | 氧含量 |
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| JB/T 7993-2012 | 酸碱中和滴定 | 酸碱中和滴定 | 酸碱中和滴定 | 无 | 无 | 分光光度法测定氧化铁 | 气体容量法 | 吸收重量法 | / |
| ASTM C791-2019 | 电位滴定/ICP-OES | 电位滴定/ICP-OES | 电位滴定/ICP-OES | 离子选择电极 | ICP-OES | ICP-OES | 红外吸收法 | 库仑法/红外吸收法 | / |
| YS/T 423-2000 | 酸碱中和滴定 | 酸碱中和滴定 | 无 | 无 | 无 | 分光光度法测定铁 | 气体容量法 | / | 惰气熔融-红外吸收法 |
来源:顺企网
关键字:普通磨料碳化硼 、牡丹江碳化硼
昨天接触了一个新的事物叫做碳化硼,这种材质非常坚硬,并且非常耐磨,经常用于军事工业,那如果我们将其使用与我们正常人的生活当中,会不会出现一想不到的效果呢.其实碳化硼这种材质也是有它的一定用途的,并不是说什么样的位置都可以使用碳化硼.碳化硼产品用途:用于硬质合金、宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光,金属硼化物的制造以及冶炼硼钠、硼合金和特殊焊接等。从上面的用途来看的话,其实碳化硼也是经常用在我们的生活当中.
但是碳化硼的价格稍高,所以在常用的生活用具和铁质类产品上用的还是比较少的,所以说任何一样东西,都会有它的利弊关系的.
(资料来源:华经情报网)
全球碳化硼下游应用及区域分布
碳化硼具有熔点高(2450℃)、硬度高(仅次于金刚石和氮化硼,~29.1GPa)、弹性模量高、密度小(2.52g/cm3)、热稳定性好、热中子吸收横截面(6×10-22cm-2)高等优点,是一种性能优良的特种陶瓷硬质材料。
2019年,全球碳化硼产能约22000吨/年,产量在9500吨左右。长期以来,我国都是最主要的碳化硼生产国,并且随着过去10年来国内需求的快速增长,我国已超越美国成为世界第一大碳化硼消费市场,消费量占全球总量的近一半。
2019年全球碳化硼按消费量区域分布(单位:%)
资料来源:中国化工信息杂志,华经产业研究院整理
在下游应用中,磨料和耐火材料抗氧剂是最主要两大市场,分别占53%和33%,其余应用占比均相对较小。按应用形式划分,粉体应用共占90%以上,制品应用仅占7%。
2019年全球碳化硼按消费量下游市场分布(单位:%)
资料来源:中国化工信息杂志,华经产业研究院整理
二、中国碳化硼进出口现状分析
进出口数量方面,作为全球最大的碳化硼生产国和消费市场,我国同时还是世界第一大净出口国。据统计,2019年我国碳化硼出口量为2482吨,出口产品几乎全部为粉体,主要销往日本、德国、印度、美国和韩国。
2015-2019年中国碳化硼进出口数量统计
注:进出口碳化硼包含不论是否已有化学定义。
资料来源:中国海关,华经产业研究院整理
受美国市场萎缩影响甚至略有减少,但随着国内需求的快速增长,出口占比将逐年下降,预计未来将延续这一趋势。据统计,2019年我国碳化硼出口金额为3643万美元。
2015-2019年中国碳化硼进出口金额统计
注:进出口碳化硼包含不论是否已有化学定义。
资料来源:中国海关,华经产业研究院整理
相关报告:华经产业研究院发布的《2020-2025年中国碳化硼行业市场运营现状及投资方向研究报告》
三、中国碳化硼行业竞争格局分析
2019年,我国碳化硼产能为18000吨/年,实际产量约7000吨左右,供应过剩显著,但主要集中在低端产能,能够用于军工和核工业的碳化硼产能仍处于相对不足的状态。目前,国内碳化硼生产企业有15家,行业认可度最高的三家企业大连金玛、大连正兴和敦化正兴的产能共占53%,行业前六大企业的产能占比超过86%,呈现较高的集中度。
2019年我国碳化硼主要供应商及其产能
资料来源:中国化工信息杂志,华经产业研究院整理
四、碳化硼制备方法分析
碳化硼早在1934年便被发现,通过几十年的研究,人们对碳化硼的结构及基本性能已熟知。但航空航天、核工业、电子信息等领域的迅速发展,对材料性能提出了更高的要求,进一步挖掘碳化硼的应用价值、拓展其应用领域仍有重大意义。目前碳化硼常用的制备方法有碳热还原法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、前驱体裂解法、溶剂热法:
碳化硼制备方法简介
资料来源:华经产业研究院整理
五、碳化硼下游应用市场前景展望
长远来看,在几个主要下游市场中,耐火材料和喷嘴市场被认为已趋于饱和,同时受下游行业发展速度减缓影响,预计未来对于碳化硼需求的贡献难有显著提升。相对而言,磨料、军工和核工业市场是更值得从业者和投资者关注的对象。
首先,磨料市场仍可以进一步加以细分,其中最主要的应用是蓝宝石加工,估计其消费量目前约占整个磨料市场的70%。作为蓝宝石加工过程中的必需品,碳化硼用于打磨高端手表的蓝宝石表镜已有数十年的历史,但用量始终相对较小。过去十年,蓝宝石在半导体和电子行业的应用发展迅猛,目前已成为最主要的LED衬底材料,随之也极大地带动了国内市场对于碳化硼的需求。我国已成为第一大LED衬底生产国,产能占全球的75%以上。未来几年,MiniLED和MicroLED技术的市场应用,以及LED衬底大尺寸化的发展,都将进一步带动碳化硼的市场需求和技术革新。
在核工业领域,碳化硼凭借10B同位素良好的中子吸收能力与本身优异的机械性能,被视为中子吸收材料的最佳选择之一。以往,这类材料主要用于核电站,因此用量相对有限。但随着我国核电机组的多年运行,反应堆产生的乏燃料数量也在成倍增长,乏燃料运输和离堆贮存已成为我国核燃料循环后端最迫切的环节,预计未来将成为碳化硼在核工业应用的主要驱动力。
军工市场是2020年碳化硼行业的关注热点。2月份解放军公开招标近140万套防弹插板,其中包括采用碳化硼材质的加强型插板46.7万套,意味着我国将继美欧之后正式列装碳化硼防弹制品。此次招标,除了1800吨的碳化硼直接需求,还将带来广阔的军工市场前景。然而据业内人士透露,国内目前热压烧结碳化硼防弹插板的生产能力有限,短期内难以满足军方需要,未来几年将成为行业内最主要的投资领域和市场焦点。
整体而言,碳化硼行业在三个重点市场的带动下,有望迎来新一轮快速增长,同时走上高质量发展路线。难以满足核工业和军工等高附加值市场用户需求的供应商竞争力可能逐渐降低,而行业龙头企业的竞争格局或将有所转变。
在军火工业中可用作制造枪炮喷咀。碳化硼较元素硼容易制造而且价格相对便宜,其最大的用途就是在军事工业中。 碳化硼还可以作为军舰和直升机的陶瓷涂层,其重量轻并且有抵抗穿甲弹穿透热压涂层成整体防层的能力。还可用于硬质合金宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光、金属硼化物的制造及冶炼硼钢、硼合金和特殊焊接等。
本段碳化硼喷嘴特点
具有与碳化硼相同的性能,极硬又耐磨,与酸碱不起反应,耐高/低温,耐高压,密度≥2.46g/cm3;显微硬度≥3500kgf/mm2,抗弯强度≥400Mpa,熔点为2450℃。因碳化硼喷嘴具有的以上耐磨高硬度的特点,碳化硼喷砂嘴将逐渐取代已知的硬质合金/钨钢和碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等材质的喷砂嘴