Experimental Study and Thermodynamic Analysis of High Temperature Interactions between Boron Carbide and Liquid Metals

Abstract

How to cite this paper: Aizenshtein, M., Froumin, N. and Frage, N. (2014) AbstractFabrication of MCCs (Metal Ceramic Composites) and ceramic brazing requires improved wetting properties are often absent in various ceramic/metals systems. This report summarizes a comprehensive study concerning the wetting properties of boron carbide in contact with non-reactive metals such as Cu, Au, Ag, and Sn. In order to improve wetting, three different reactive elements were added to the melts; Si, which has relatively high affinity to C, leads to SiC formation and changes the stoichiometric boron carbide composition (B4C) towards lower carbon content; Ti, which displays high affinity to B, leads to TiB2 formation and free carbon precipitation at the interface; and finally, Al, which forms borocarbide phases at the interface. It was found that Cu is unusual with respect to boron carbide compared the other non-reactive metals. The most important difference is its ability to dissolve ~25 at% of B, which makes B adequate as an additive to Cu in addition to Si, Ti, and Al. When boron was used as an alloying element, its effect on wetting behavior was attributed to altering the boron carbide composition in contact with boron-containing melts. It was concluded that the most important properties of boron carbide that affect wetting phenomena are the relatively low chemical stability and the existence of a wide composition range (B4C-B10C). The first property determines the possibility of boron carbide to react with liquid metals (by dissolution or formation of new phases) and the second offers an additional degree of freedom to improve its wetting by changing the composition of the ceramic phase.

Carbeto de boro (B4C): revisão acadêmica acerca das propriedades e principais características / Boron carbide (B4C): academic review about the properties and main characteristics

“…Específica (ASE) é descrita como sendo a relação entre a quantidade de superfície ocupada por unidade de massa, onde é analisada de acordo com a porosidade das partículas que compõem os materiais cerâmicos (CESSA et al, 2009;REIS, 2013). Esta propriedade se mostra de relativa importância quando se trata do uso de reforços cerâmicos, em particular o B4C, no qual é um material com forte ligação covalente e que possui condições específicas de adsorção devido à sua ampla variação de composições, desde B10.5C até B4C (AIZENHSTEIN et al, 2014). Cessa et al (2009) destacam que a porosidade das partículas influencia o tamanho da ASE, no qual microporos possuem elevada área superficial interna e contribuem significativamente para o aumento da ASE.…”

“…Figura 4 -Seção isotérmica esquemática do diagrama de fase ternário Cu-B-C a 1200 ºC (a região rica em cobre está fora de escala)(AIZENHSTEIN et al, 2014).…”

Development of the composite material and coatings based on niobium carbide

“…An analysis of results reported in papers [3][4][5][6][7] reveals that a general drawback of composites is their high (~10 %) residual porosity. This is predetermined by that such super-hard compounds as B 4 C, TiB 2 , TiC and others, which have been explored lately, are poorly wetted by molten copper at temperatures close to the melting temperature of copper [8]. In addition, reported technologies for obtaining composite materials do not make it possible to achieve a high concentration of refractory compounds (>50 % by volume) in a composite.…”

Acessibilidade Ao Laboratório Didático De Biologia, Microscopia E Análises Clínicas Da Uezo Por Pessoas Em Cadeira De Rodas

“…cerâmicos, em particular o B 4 C, no qual é um material com forte ligação covalente e que possui condições específicas de adsorção devido à sua ampla variação de composições, desde B10.5C até B4C(AIZENHSTEIN et al, 2014) Cessa et al (2009). destacam que a porosidade das partículas influencia o tamanho da ASE, no qual microporos possuem elevada área superficial interna e contribuem significativamente para o aumento da ASE.…”

“…Soma-se a estes fatores as dimensões moleculares do adsorvato, onde diâmetros moleculares menores têm mais facilidade em difundir-se para o interior do sólido e consequentemente aumentar a adsorção (QIAO et al, 2015) e a formação de uma camada adsorvida numa superfície não é um processo instantâneo, mas que é afetada pela velocidade de difusão da substância tensoativa através da solução em direção à interface. Desta forma, esta propriedade se caracteriza também dentro da questão dos sistemas argila-água, onde ocorrem os processos de troca catiônica e são analisadas as capacidades de cada constituinte, conforme Santos descreve (1989) e pode ser comparado no processo de adsorção do reforço em relação à matriz na qual o B4C é inserido, uma vez que as forças interfaciais dependem diretamente da ASE disponível para que a molhabilidade do reforço seja suficiente.Propriedades térmicas Aizenhstein et al (2014). analisaram o uso do B 4 C com diversas matrizes metálicas reativas (Ti, Si, Al, Fe, Ni) e não reativas (Cu, Au, Ag, Sn) para identificar as propriedades termodinâmicas dos compósitos e relacionar o fenômeno da molhabilidade nos sistemas estudados com o objetivo de estabelecer os parâmetros tecnológicos requeridos para a produção de cermetos baseados em B4C.…”