Carbure de bore – Tableau des matériaux – Applications – Prix

À propos du carbure de bore

Le carbure de bore (formule chimique approximativement B4C) est un matériau céramique et covalent au bore-carbone extrêmement dur. C’est l’un des matériaux les plus durs connus, se classant au troisième rang derrière le diamant et le nitrure de bore cubique. C’est le matériau le plus dur produit en quantités de tonnage. 

Résumé

Nom	Carbure de bore
Phase à STP	solide
Densité	2520kg/m3
Résistance à la traction ultime	500 MPa
Limite d’élasticité	N / A
Module d’élasticité de Young	460 GPa
Dureté Brinell	40000 BHN
Point de fusion	2427°C
Conductivité thermique	30W/mK
Capacité thermique	1000 J/g·K
Prix	160 $/kg

Composition du carbure de bore

Carbure de bore, (B4C), composé cristallin de bore et de carbone. Le carbure de bore a une structure cristalline complexe typique des borures à base d’icosaèdre. 

Applications du carbure de bore

En raison de sa dureté élevée, la poudre de carbure de bore est utilisée comme abrasif dans les applications de polissage et de rodage, ainsi que comme abrasif en vrac dans les applications de découpe telles que la découpe au jet d’eau. En raison de sa dureté, associée à sa très faible densité, il a trouvé une application comme agent de renforcement de l’aluminium dans les armures militaires et les bicyclettes hautes performances, et sa résistance à l’usure l’a amené à être utilisé dans les buses de sablage et les joints de pompe. Le carbure de bore est également utilisé dans les barres de commande des réacteurs nucléaires. 

Propriétés mécaniques du carbure de bore

Force du carbure de bore

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine.

La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. En cas de contrainte de traction d’une barre uniforme (courbe contrainte-déformation), la  loi de Hooke décrit le comportement d’une barre dans la région élastique. Le module d’élasticité de Youngest le module d’élasticité pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction.

Voir aussi : Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du carbure de bore

La résistance à la traction ultime du carbure de bore est de 500 MPa.

Limite d’élasticité du carbure de bore

La limite d’élasticité du carbure de bore  est N/A.

Module d’élasticité du carbure de bore

Le module d’élasticité de Young du carbure de bore est de 460 MPa.

Dureté du carbure de bore

En science des matériaux, la  dureté  est la capacité à résister à  l’indentation de surface  ( déformation plastique localisée ) et  aux rayures . Le test de dureté Brinell  est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un  pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

L’  indice de dureté Brinell  (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation :

La dureté Brinell du carbure de bore est d’environ 40 000 BHN (converti).

Voir aussi : Dureté des matériaux

Propriétés thermiques du carbure de bore

Carbure de bore – Point de fusion

Le point de fusion du carbure de bore est de 2427 °C .

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la  fusion  est un  changement de phase  d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le  point de fusion  d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le  point de fusion  définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.

Carbure de Bore – Conductivité Thermique

La conductivité thermique du carbure de bore  est  de 30 W/(m·K) .

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la  conductivité thermique , k (ou λ), mesurée en  W/mK . C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par  conduction . Notez que  la loi de Fourier  s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

La  conductivité thermique  de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire  k = k (T) . Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.

Carbure de bore – Chaleur spécifique

La chaleur spécifique du carbure de bore est de 1000 J/g K .

La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique,  est une propriété liée à l’énergie interne  très importante en thermodynamique. Les  propriétés intensives  c _v  et  c _p  sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’  énergie interne  u(T, v)  et de  l’ enthalpie  h(T, p) , respectivement : 

où les indices  v  et  p  désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés  c _v  et  c _p  sont appelées  chaleurs spécifiques  (ou  capacités calorifiques ) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont  J/kg K  ou  J/mol K .

Propriétés et prix des autres matériaux

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