سنتز پودر کاربید بور توسط حرارت دهی مایکروویوی

روش معمول تولید کاربید بور (b4c) حرارت دهی مخلوط اکسید بور و کربن در دماهای بالا و زمان های طولانی است. با هدف کاهش هزینه تولید و افزایش راندمان، در این تحقیق امکان تولید فاز b4c در حین حرارت دهی مخلوط واکنش کننده ها در یک دستگاه مایکروویو خانگی مورد بررسی قرار گرفت. مواد اولیه با نسبت های مختلف مولی مخلوط شده و به شکل قرص (به قطر mm10 و ضخامت mm5) پرس گردیدند. این قرص ها در یک دستگاه مایکروویو خانگی با توان w850 مورد گرمایش قرار گرفتند. از نتایج محاسبات ترمودینامیکی به همراه یافته های عملی برای توضیح و تبیین واکنش های شیمیایی صورت گرفته، استفاده شد. ملاحظه گردید که استفاده از mg بجای al (به عنوان احیاء کننده) و b2o3بجای h3bo3 (به عنوان منبع بور) نتایج بهتری به همراه دارد. نتایج به دست آمده نشان داد که در سیستم b2o3-mg-c واکنش شیمیایی با واکنش احیای b2o3 توسط mg آغاز و واکنش کلی از نوع احتراقی با دمای آدیباتیک 2740°k می باشد. با توجه به اتلاف مقداری از منیزیوم مخلوط (در اثر تبخیر یا اکسایش) که سبب احیاء ناقص اکسید بور و در نتیجه تولید فازهای جانبی نظیر mg3b2o6 و mg2b2o5 می گردد استفاده از 2 برابر میزان استوکیومتری منیزیم اضافی در مخلوط اولیه الزامی است. نتایج به دست آمده نشان داد که ممانعت از اتلاف حرارت از سیستم (توسط دفن در آلومینا)، استفاده از مقادیر بیشتر کربن در مخلوط اولیه، استفاده از واکنش های جانبی گرمازا، افزایش زمان حرارت دهی مایکروویوی و نیز انجام قسمتی از احیاء اکسید بور توسط کربن (جایگزینی mg با c) سبب ازدیاد مقدار b4c تولیدی می گردد. در این تحقیق بیشترین مقدار فاز کاربید بور در شرایط زیر به دست آمد: استفاده از کربن بلک به عنوان منبع کربن و ترکیب با نسبت مولی 2b2o3:6mg:c و افزایش زمان حرارت دهی مایکروویوی تا 10 دقیقه. اسیدشویی محصول حاصل در اسید hcl رقیق 20% به مدت زمان 30 دقیقه نشان داد که امکان حذف فاز جانبی mgo و تولید فاز خالص b4c وجود دارد. در این تحقیق تطابق خوبی بین نتایج حاصل از پیش بینی های ترمودینامیکی و نتایج عملی مشاهده گردید.