Когда слышишь сочетание 'карбид бора металл', сразу хочется поправить — ведь В4С по природе ближе к керамике. Но в промышленности этот нюанс часто стирается, особенно когда речь заходит о металлокерамических композитах или защитных покрытиях для сталей.
На нашем производстве в Шимань с 2015 года отработали технологию синтеза карбида бора в печах сопротивления. Помню, как в первые месяцы сталкивались с проблемой градиента температуры — при перегреве выше 2300°C начиналось разложение порошка с выделением углерода. Пришлось разрабатывать многослойную футеровку печи с графитовым сердечником.
Сейчас линия на 2000 тонн в год дает нам возможность варьировать дисперсность порошка от 0.5 до 50 мкм. Но самый стабильный спрос — на фракцию 3-5 мкм для бронеплит. Интересно, что китайские потребители чаще требуют именно эту фракцию, тогда как российские заказчики предпочитают 10-20 мкм для абразивных составов.
При глубокой переработке важно контролировать не только размер частиц, но и морфологию. Сканирующая электронная микроскопия показала, что игольчатые кристаллы дают лучшую адгезию в металлических матрицах, но хуже работают в чистой керамике.
Наша торговая марка 'Хуангэн' изначально создавалась для ядерной промышленности — с содержанием бора-10 не менее 18%. Но со временем линейку расширили до стандартных марок для металлургии. Сейчас доля 'ядерного' карбида бора в общем объеме не превышает 15%.
В прошлом году проводили испытания по спеканию В4С с алюминиевой матрицей. Получили интересные результаты — при 15% содержании карбида бора композит выдерживал до 450°C без потери прочности. Но для титановых сплавов такой подход не сработал — возникали трещины на границе раздела фаз.
Кстати, о качестве. Многие конкуренты используют более дешевое сырье — техническую борную кислоту. Мы же с 2019 года перешли на оптический борный ангидрид, что позволило снизить содержание железа до 0.03%. Это критично для производителей полупроводников.
В 2021 году поставляли партию В4С для одного уральского завода — делали сопла для пескоструйной обработки. Через полгода получили рекламацию: срок службы оказался на 30% ниже расчетного. Разбирались две недели — оказалось, заказчик не учел абразивную нагрузку выше 2.5 м/с, где карбид бора уступает карбиду вольфрама.
А вот для дробеструйных камер в авиастроении наш материал показал себя идеально. Особенно при обработке титановых сплавов — нет внедрения частиц в поверхность, что критично для деталей двигателей.
Сейчас тестируем новое применение — напыление В4С на медные теплоотводы для электроники. Пока получается добиться адгезии только при использовании никелевого подслоя, но это удорожает процесс на 40%.
Главный миф — что карбид бора можно использовать как самостоятельный конструкционный материал. На практике его хрупкость требует либо металлической матрицы, либо сложных схем армирования. Мы пробовали делать цельнокерамические пластины толщиной 15 мм — при динамических нагрузках появлялись радиальные трещины.
Еще одна проблема — свариваемость. Попытки наплавки В4С на сталь без переходных слоев приводили к отслоениям уже при охлаждении. Сейчас рекомендуем клиентам многослойные системы с никелевыми прокладками.
По опыту, оптимальная толщина покрытия — 0.8-1.2 мм. При больших значениях возникают напряжения, при меньших — не достигается барьерный эффект. Хотя для химической аппаратуры иногда хватает и 0.3 мм.
Инвестиции в 50 млн юаней на первом этапе окупились за 4 года — быстрее, чем планировали. Сейчас рентабельность по глубокой переработке держится на уровне 22-25%, тогда как стандартный карбид бора дает не более 15%.
Интересно, что транспортная логистика из Сычуани в Россию обходится дешевле, чем в Европу — спасибо железнодорожным коридорам. Хотя последние полгода стали возникать задержки на таможне из-за новых требований к сертификации порошков.
Мощности в 3000 тонн хватает, чтобы закрывать 40% спроса от российских машиностроительных предприятий. Но для выхода на европейский рынок пришлось бы строить еще одну линию — там требования к чистоте сырья жестче.
Сейчас экспериментируем с легированием карбида бора кремнием — предварительные результаты показывают рост ударной вязкости на 18%. Но пока технология нестабильна — в разных партиях разброс параметров достигает 12%.
В планах — запуск линии наноструктурированного В4С для медицины. Переговоры с томским институтом уже идут, но коммерциализация возможна не раньше 2025 года.
Кстати, о сайте cn-boroncarbide.ru — обновили его в прошлом месяце, добавили раздел с техническими рекомендациями. Клиенты часто спрашивают про термоциклирование композитов, пришлось выкладывать наши наработки.
Если говорить в целом, карбид бора остается нишевым материалом, но его потенциал в гибридных системах с металлами еще не раскрыт полностью. Наш опыт в Шимань это подтверждает — каждый год находим 2-3 новых применения там, где раньше использовали более дорогие материалы.
