Synteza proszków węglika boru z nieorganicznych źródeł węgla

• Autorzy: Kozień D. , Bućko M.M.

Warianty tytułu

EN

Synthesis of boron carbide powders from non-organic carbon precursors

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Węglik boru w postaci polikrystalicznych spieków jest tworzywem, którego właściwości stanowią o jego potencjalnym zastosowaniu zarówno jako materiału konstrukcyjnego, jak i funkcjonalnego. Ostatnio proszki węglika boru wzbudzają zainteresowanie jako źródło boru w terapii BNCT. Proszki węglika boru są zazwyczaj syntezowane poprzez karbotermiczną redukcję tlenowych związków boru: kwasu borowego lub tlenku boru. Reakcja tego typu prowadzi do silnego wzrostu krystalitów B4C i ich łączenia się w duże, mocne agregaty. Ideą prezentowanej pracy jest przeprowadzenie reakcji w niewielkich obszarach, zawierających obydwa prekursory, izolowanych od siebie nadmiarem jednej z faz. Do syntezy wykorzystano zawiesiny grafenu lub cząstek węgla aktywnego oraz roztwór żywicy fenolowo-formaldehydowej z boranem amonu. Wysuszone prekursory poddano obróbce cieplnej w 1500 °C, 1600 °C i 1700 °C przez 1 h w atmosferze argonu. Stwierdzono postęp reakcji syntezy B4C ze wzrostem temperatury, a także zmiany wielkości i pokroju jego ziaren. Widoczny jest również wpływ użytej fazy węglowej zarówno na skład fazowy, jak i morfologie proszków.

EN

Boron carbide in the form of polycrystalline sinters is a material whose properties determine its potential use both as a constructional material and as a functional material. Recently, boron carbide powders have aroused interest as a source of boron in BNCT therapy. Boron carbide powders are usually synthesized by carbothermic reduction of boron oxy compounds: boric acid or boron oxide. The reaction of this type leads to a strong growth of B4C crystallites and their joining into large, strong aggregates. The idea behind the presented work is to conduct reactions in small areas containing both precursors, isolated from each other by an excess of one of the phases. For the synthesis, suspensions of graphene or activated carbon particles and a solution of phenol-formaldehyde resin with ammonium borate were used. The dried precursors were heat treated at 1500 °C, 1600 °C and 1700 °C for 1 h under argon. The progress of the B4C synthesis reaction with the increase in temperature as well as the change in the size and size of its grains was found. The influence of the used carbon phase on both the phase composition and the morphology of the powders is also visible.

Słowa kluczowe

PL

węglik boru; karbotermiczna redukcja; BNCT

EN

boron carbide; carbothermal reduction; BNCT

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 70, nr 4
• Strony: 301--312
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Kozień D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Bućko M.M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Thevenot, F.: A review on boron carbide, Key Eng. Ceram. Soc., 6, (1990), 202-205.
• [2] Matkovich, V. I. (ed.): Boron and Refractory Borides, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1977.
• [3] Moss, R .L.: Critical review, with an optimistic outlook, on Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), App. Rad. Isotop., 88, (2014), 2-11.
• [4] C.-H. Jung, M.-J. Lee, C.-J. Kim: Preparation of carbon-free B4C powder from B2O3 oxide by carbothermal reduction process, Mater. Lett., 58, (2004), 609–614.
• [5] Smudski, P. A.: Metal Carbide and Boride Production, U.S. Pat. 3,379,647, 1968.
• [6] Pikalov, S. N.: Mechanism of formation of graphite-like boron nitride in the carbothermal process, Sov. Powd. Metall. Met. Ceram., 10, (1988), 404–406.
• [7] de Castro, A. R. M., Paschoa, J. O. A.: Boron carbide synthesis (B4C) by carbothermic reduction of boron oxide, Ceramica, 34, (1988), 137.
• [8] Alizadeh, A., Taheri-Nassaj, E., Ehsani, N.: Synthesis of boron carbide powder by a carbothermic reduction method, J. Eur. Ceram. Soc., 24, (2004), 3227-3234.
• [9] Goller, G., Toy, C., Tekin, A., Gupta, C. K.: The production of boron carbide by carbothermal reduction, High Temp. Mater. Proc., 15, (1996), 117-122.
• [10] Rafaniello, W., Moore, W. G.: Producing boron carbide, US Patent 4804525A.
• [11] Wang, L. L., Munir, Z. A., Birch, J.: Formation of MgO–B4C composite via a thermite-based combustion reaction, J. Am. Ceram. Soc., 78, (1995), 756–764.
• [12] Bose, D. K., Nair, K. U., Gupta, C. K.: Production of high purity boron carbide, High Temp. Mater. Proc., 7, (1986), 133-140.
• [13] Scott, J. J.: Arc furnace process for the production of boron carbide, U.S. Patent No. 3161 471, 1964.
• [14] Benton, S. T., Masters, D. R.: Method for preparing boron-carbide articles, US Patent 3,914,371, 1975.
• [15] Sinha, A., Mahata, T., Sharma, B. P.: Carbothermal route for preparation of boron carbide powder from boric acid–citric acid gel precursor, J. Nucl. Mater., 301, (2002), 165-169.
• [16] Hadian, A. M., Bigdeloo, J. A.: The effect of time, temperature and composition on boron carbide synthesis by sol-gel method, J. Mater. Eng. Perf., 17, (2008), 44-49.
• [17] Khanra, A. K.: Production of boron carbide powder by carbothermal synthesis of gel material, Bull. Mater. Sci., 30, (2007), 93-96.
• [18] Kosanovic, D. J., Milovaovic, L. J., Milovanovic, S., Saponjic, A.: Low-temperature Synthetic route for boron carbide powder from boric acid-citric acid gel precursor, Mater. Sci. Forum, 555, (2007), 255-260.
• [19] Kakiage, M., Tominaga, Y., Yanase, I., Kobayashi, H.: Synthesis of boron carbide powder in relation to composition and structural homogeneity of precursor using condensed boric acid - polyol product, Powd. Tech., 221, (2012), 257-263.
• [20] Kakiage, M., Tahara, N., Yanase, I., Kobayashi, H.: Low-temperature synthesis of boron carbide powder from condensed boric acid–glycerin product, Mater. Lett., 65, (2011), 1839-1841.