Когда слышишь 'карбид бора-нитрид бора', половина технологов сразу думает о керамических бронепластинах, но на деле это лишь верхушка айсберга. Лично сталкивался с ситуацией, когда заказчики путали спечённые композиты с монокристаллами — отсюда идут все проблемы с адгезией напылений. Вспоминается, как в 2018-м мы три месяца переделывали партию для ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив, пока не поняли, что их линия на 3000 тонн в Чжума даёт совсем другую морфологию порошка, чем ожидалось.
Начну с грустного: до сих пор встречаются 'специалисты', считающие нитрид бора просто аналогом карбида с азотом. На самом же деле даже при использовании одинакового сырья из Сычуаньского месторождения разница в температуре синтеза всего в 200°C даёт либо абразив с дисперсностью 0.8 мкм, либо хрупкие агломераты. Кстати, про карбид бора — именно для марки 'Хуангэн' мы как-то подбирали режим спекания, где пришлось жертвовать твёрдостью ради трещиностойкости.
Запомнился казус с термопрессованием в 2021: взяли стандартную рецептуру для Б4С, добавили 12% нитрида — казалось бы, всё по учебнику. Но при спечке под 2200°C началось активное газовыделение, и матрица пошла 'апельсиновой коркой'. Позже выяснили, что в порошке от ООО Шимань Босэн был повышенный остаточный кислород, хотя по сертификату всё идеально. Пришлось разрабатывать двухстадийный отжиг — такие нюансы в паспортах не пишут.
Сейчас многие гонятся за наноразмерностью, но на практике порошок дисперсностью менее 0.3 мкм при объёмах от 2000 тонн в год ведёт себя непредсказуемо. Особенно при формовании крупногабаритных плит — тут либо седиментация, либо градиент плотности. На их производственной линии глубокой переработки эту проблему решают многоуровневой грануляцией, но детали техпроцесса держат в секрете.
В защитных панелях для энергетики часто комбинируют оба материала, но здесь есть подвох: если карбид берёт на себя основную ударную нагрузку, то нитрид работает как тепловой барьер. Однако при толщине слоя свыше 15 мм начинается расслоение из-за разницы КТР. Как-то раз пришлось срочно менять конфигурацию пакета для заказчика из ОАЭ — их техзадание было составлено по устаревшим ГОСТам.
Интересно, что при обработке резанием композит на основе нитрид бора показывает лучшую стойкость в 3-4 раза compared to pure B4C при сухом фрезеровании. Но это справедливо только для мелкосерийного производства — при масштабировании до промышленных объёмов вроде тех 100 миллионов юаней годового оборота, о которых заявляет Шимань Босэн, начинаются проблемы с воспроизводимостью результатов.
Запомнился случай с уплотнительными кольцами для химоборудования: казалось бы, идеальная ниша для карбид-боридных композитов. Но при контакте с щелочами поверхность нитрида постепенно гидролизуется, хотя в спецификациях об этом редко пишут. Пришлось разрабатывать защитное покрытие — дополнительная статья расходов, которую не все закладывают в смету.
Когда видишь цифры вроде '50 миллионов инвестиций в основной капитал' у китайских производителей, понимаешь, почему европейские заводы проигрывают в ценовой конкуренции. Но есть нюанс: их линия на 3000 тонн в Чжума оптимизирована под массовые марки, тогда как для спецзаказов всё равно требуется ручная настройка параметров. Именно поэтому мы иногда закупаем у них полуфабрикат, но доводку ведём самостоятельно.
С маркой 'Хуангэн' связан курьёзный момент — в 2019 их карбид бора временно сняли с тендера на поставки для Ростеха из-за расхождений в сертификации. Оказалось, проблема была в методике измерения твёрдости: они использовали метод Виккерса с нагрузкой 5 кг, тогда как по российским стандартам требуется 10 кг. Мелочь, а приостановила поставки на три месяца.
Сейчас многие пытаются экономить на стадии глубокой переработки, но именно здесь кроется главный технологический разрыв. Например, их линия на 2000 тонн для высококачественного продукта даёт стабильный зерновой состав, но требует 30% перерасхода электроэнергии compared to стандартным технологиям. Не каждый готов к таким операционным затратам.
Мало кто учитывает, что при длительном хранении композитов карбид-нитрид бора даже в контролируемой атмосфере происходит поверхностная оксидация. Особенно критично для абразивных применений — мы как-то получили рекламацию от производителя шлифовальных головок именно по этой причине. Пришлось вводить вакуумную упаковку с индикатором влажности.
Любопытный эффект наблюдали при лазерной резке: нитрид бора в композите ведёт себя как демпфер, предотвращая трещинообразование. Но это работает только при содержании 8-15% — если меньше, эффект пропадает, если больше, резко падает теплопроводность. Такие тонкости обычно становятся понятны только после серии неудачных экспериментов.
Кстати, про сайт cn-boroncarbide.ru — обратите внимание, что в их каталоге нет мелкофракционных порошков для напылений. Это не случайность: при дисперсности ниже 5 мкм резко возрастают требования к чистоте сырья, а их основное оборудование не позволяет гарантировать стабильность по железу и кремнию. Знаю, что они это осознают, но модернизацию откладывают — видимо, считают нишу недостаточно ёмкой.
Сейчас модно говорить о гибридных материалах, но в случае с карбид-нитрид бора есть фундаментальное ограничение — фазовая несовместимость при температурах выше 2300°C. Пытались как-то добавить модификаторы на основе иттрия, но получили лишь временное улучшение — через 20 циклов термоудара образцы всё равно расслаивались. Возможно, нужно искать решение в направлении текстурированных композитов.
Инвестиции в 15 миллионов юаней уставного капитала, о которых указано в реквизитах ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив, выглядят скромно на фоне современных проектов. Но не забывайте, что их первая очередь запущена ещё в 2015 — тогда это были серьёзные деньги. Сейчас же для создания конкурентоспособного производства требуется минимум втрое больше, что и объясняет консерватизм многих игроков.
Если говорить о будущем, то наиболее перспективным вижу направление функциональных градиентов — когда состав плавно меняется от чистого карбида к нитриду в пределах одной детали. Но это потребует пересмотра всего технологического цикла, включая прессование и спекание. Думаю, китайские производители типа Шимань Босэн рано или поздно к этому придут — их производственная база в Яань позволяет масштабировать такие разработки.
