Borcarbid

Autor: Hans Lohninger

Borcarbid, B₄C, ist eine schwarze Substanz, die zu den härtesten bekannten Substanzen zählt (Mohs-Härte 9.5, nur Diamant und Bornitrid sind noch härter). Borcarbid ist ein Halbleiter (Bandabstand 0.8 eV), weist einen hohen Schmelzpunkt auf und ist auch bei hohen Temperaturen noch hart und beständig. Borcarbid wird weder von Mineralsäuren noch von Alkalilaugen angegriffen. Geschmolzene Alkalihydroxide greifen Borcarbid unter Bildung von Boraten an. Ab ca. 500°C wird Borcarbid an der Luft oxidiert.

Die Zusammensetzung des Borcarbids kann in weiten Grenzen zwischen 8.6 und 20 Atomprozent Kohlenstoff schwanken (B_10.4C bis B₄C), industriell hergestelltes Borcarbid weist meist eine Zusammensetzung in der Nähe von B₄C auf, die man als Grenzformel verstehen kann. Bei einem höheren Kohlenstoffgehalt scheidet sich Graphit aus.

Borcarbid. Ausschnitt aus einem Foto aus Wikimedia Commons.

Borcarbid wird großtechnisch durch Reduktion von Bortrioxid entweder mit Kohlenstoff oder mit Magnesium in Gegenwart von Kohlenstoff hergestellt:

2 B₂O₃ + 7 C B₄C +6 CO (I)
2 B₂O₃ + 6 Mg + C B₄C +6 MgO (II)

Die Reaktion (I) ist stark endotherm, so dass das Gemisch aus Bortrioxid und Kohlenstoff auf 1800 bis 2400°C in einem elektrischen Ofen erhitzt werden muss. Die Reaktion (II) ist dagegen stark exotherm und führt zu sehr feinem Borcarbid-Pulver (Partikelgrößen 0.1 bis 1.5 µm).

Borcarbid wird hauptsächlich als Schleifmittel und für Schneidwerkzeuge verwendet. Wegen seiner hohen Härte wird es z.B. auch in Düsen von Sandstrahlgebläsen eingesetzt. Borcarbid wird in Plattenform auch zur Abschirmung gegen panzerbrechende Geschoße eingesetzt. Da Borcarbid billiger in der Herstellung als reines Bor ist, wird es (wegen des hohen Wirkungsquerschnitts für Neutronen von ¹⁰B) in der Nukleartechnik für Steuerstäbe und zur Abschirmung von Neutronen eingesetzt.