Карби́д бо́ра — бинарное соединение бора с углеродом , имеющее формулу B ₄ C (B ₁₂ C ₃ ). При нормальных условиях — чёрные кристаллы . Впервые получен в 1893 г. А.Муассаном путём восстановления оксида бора B ₂ O ₃ углеродом при 2000 °C.

Получение

• Восстановление оксида бора углеродом (сажей):

${\displaystyle {\mathsf {2B_{2}O_{3}+4C{\xrightarrow {1900...2150^{o}C}}B_{4}C+3CO_{2}}}}$

• Взаимодействие простых веществ (бора и углерода) по перитектической реакции:

${\displaystyle {\mathsf {4B+C{\xrightarrow {}}B_{4}C}}}$

В промышленных масштабах карбид бора получают из борной кислоты (источник бора) и нефтяного кокса (источник углерода) .

Физико-химические свойства

Температура разложения >2450 °C; энтальпия образования −62 кДж/моль. Теплопроводность 121 Вт/(м·К) при 300 К и 62,8 Вт/(м·К) при 970 К. Теплоёмкость при постоянном давлении (0 °C): C 0
p = 53,09 Дж/(моль·К) . S 0
298 = 27,11 Дж/(моль·К) .

Плотность 2,52 г/см³. Микро твёрдость 49,1 ГПа ; модуль упругости 450 ГПа .

Полупроводник p -типа; ширина запрещённой зоны 1,64 эВ (выше 1870 К). Удельное электрическое сопротивление при ~20 °C: 0,001…0,1 Ом ·м.

Карбид бора является одним из самых химически стойких веществ. На воздухе не окисляется до 600 °C. Не растворяется в воде, концентрированных кислотах , но разрушается кипящими растворами щелочей . До 1250 °C не взаимодействует с азотом , фосфором и серой . Реагирует с хлором при 1000 °C с образованием трёххлористого бора и углерода .

Образует кристаллы тригональной сингонии , пространственная группа R 3 m , параметры ячейки a = 0,5598 нм , b = 1,2120 нм , Z = 3 .

При температуре ниже 1,28 К становится сверхпроводником .

Образует гомогенные смеси при формульном составе от B ₄ C до B _6.5 C.

Применение

Карбид бора применяется для изготовления шлифовальных и абразивных материалов, химической посуды, защитных пластин для бронежилетов , в электронике и ядерной промышленности (карбид бора, обогащённый изотопом 10 B , как поглотитель нейтронов). Также широкое применение нашло при изготовлении сопел пескоструйных машин . Изделия из карбида бора получают методом горячего прессования при температуре 2000…2450 °C и давлении 20…35 МПа .

Другие карбиды бора

К карбидам бора относится также соединение B ₁₃ C ₂ . Это чёрные кристаллы с ромбоэдрической решёткой. Т _пл = 2460 °С, плотность 2,46 г/см ³ . Является полупроводником n -типа.

Примечания

Литература

• Пилянкевич А. Н. Бора карбиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц . — М. : Советская энциклопедия , 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. 300. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8 .