炭化ホウ素のソースを表示

{{chembox
| verifiedrevid = 430790006
| Name = 炭化ホウ素
| ImageFile = Boron carbide.JPG
| ImageSize = 
| ImageName = 炭化ホウ素
| IUPACName = Boron carbide
| OtherNames = Tetrabor
| Section1 = {{Chembox Identifiers
| ChemSpiderID_Ref = {{chemspidercite|correct|chemspider}}
| ChemSpiderID = 109889
| InChI = 1/CB4/c2-1-3(2)5(1)4(1)2
| SMILES = B12B3B4B1C234
| InChIKey = INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYAS
| StdInChI_Ref = {{stdinchicite|correct|chemspider}}
| StdInChI = 1S/CB4/c2-1-3(2)5(1)4(1)2
| StdInChIKey_Ref = {{stdinchicite|correct|chemspider}}
| StdInChIKey = INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N
| CASNo_Ref = {{cascite|correct|CAS}}
| CASNo = 12069-32-8
| PubChem = 123279
}}
| Section2 = {{Chembox Properties
| Formula = B<sub>4</sub>C
| MolarMass = 55.255 g/mol
| Appearance = 黒または灰色の粉末 無臭
| Density = 2.52 g/cm<sup>3</sup>, 固体
| Solubility = 不溶
| MeltingPtC = 2763
| BoilingPtC = 3500
| pKa = 6–7 (20 °C)
}}
| Section3 = {{Chembox Structure
| MolShape = 
| Coordination = 
| CrystalStruct = [[三方晶]]
| Dipole =
}}
| Section7 = {{Chembox Hazards
| ExternalMSDS = [http://www.logitech.uk.com/MSDS/Files%5C0CON-024%20to%20028.pdf External MSDS]
| MainHazards = 
}}
| Section8 = {{Chembox Related
| OtherAnions =
| OtherCations =
| OtherCpds = [[窒化ホウ素]]
}}
}}

'''炭化ホウ素'''（組成式は ほぼB<sub>4</sub>C）は[[ホウ素]]と[[炭素]]からなる超硬素材で、[[戦車]]の[[装甲]]や、[[防弾チョッキ]]など様々な工業的用途がある。[[モース硬度]]は9.497で、[[立方晶窒化ホウ素]]や、[[ダイヤモンド]]に次ぐ硬さを持つ。<ref>{{cite news |author= |coauthors= |title=Rutgers working on body armor |url=http://www.app.com/article/20120811/NJNEWS/308110051/Rutgers-working-on-body-armor |quote=... boron carbide is the third-hardest material on earth. |newspaper=[[Asbury Park Press]] |date=August 11, 2012 |accessdate=2012-08-12 }}</ref> 

炭化ホウ素は金属ホウ化物の[[副産物]]として19世紀に発見されていたが、その化学組成式は未知で、それがB<sub>4</sub>Cと推定されるのには1930年代以降であった。<ref>Ridgway, Ramond R [http://v3.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=CA&NR=339873&KC=&FT=E "Boron Carbide"], European Patent CA339873 (A), publication date: 1934-03-06</ref> しかし、常に若干炭素が少ないので化学式的にはそれがきっちり4:1の原子数比であるか否かについては議論があった。[[X線回折]]による結果その組成はかなり複雑で、炭素-ホウ素結合と[[正二十面体]]B<sub>12</sub>の組合せで出来ている事がわかった。この特徴は単純なB<sub>4</sub>C組成式を否定するものである。<ref name=stoi>{{cite journal|title=Structure and bonding in boron carbide: The invincibility of imperfections|author=Musiri M. Balakrishnarajan, Pattath D. Pancharatna and Roald Hoffmann|journal=New J. Chem.|year=2007|volume=31|page=473|doi=10.1039/b618493f|url=http://www.rsc.org/Publishing/Journals/nj/Hotarticles/B618493F_Hoffmann.asp|issue=4}}</ref> B<sub>12</sub>構造単位があることから、理想的な炭化ホウ素の単位はしばしばB<sub>4</sub>Cではなく、B<sub>12</sub>C<sub>3</sub>と書かれ、炭素の欠乏を考慮にいれると、B<sub>12</sub>C<sub>3</sub>とB<sub>12</sub>C<sub>2</sub>の単位の組合せとなる。

炭化ホウ素は長寿命の放射性同位体を作ること無く中性子を吸収することから[[原子力発電所]]から出る[[中性子線]]の吸収剤として魅力的な性質を持つ。核施設では遮蔽や、[[制御棒]]や停止ペレット等に使われる。制御棒では、表面積を増やすために粉体にして用いられる。<ref name=w330>Weimer, p. 330</ref>

==結晶構造==
[[File:Borfig11a.png|thumb|left|150px| B<sub>4</sub>C構成単位. 緑の玉と[[正二十面体]]はホウ素原子で、黒い玉は炭素原子である。<ref name=zhangyb28.5c4>{{cite journal|author=Zhang F X, Xu F F, Mori T, Liu Q L, Sato A and Tanaka T|year=2001|title=Crystal structure of new rare-earth boron-rich solids: REB28.5C4|journal=J. Alloys Compd.|volume=329|page=168|doi=10.1016/S0925-8388(01)01581-X}}</ref>]]
[[File:Borfig12a.png|thumb|right|150px| B<sub>4</sub>C 結晶構造の一部]]

炭化ホウ素は金属ホウ化物の典型的な複合構造を持つ。B<sub>12</sub>の正二十面体構造が、[[三方晶]]構造をとり、（空間群: ''R{{overline|3}}m'' (No. 166), 格子定数: ''a'' = 0.56&nbsp;nm, ''c'' = 1.212&nbsp;nm）炭素-ホウ素-炭素チェーンが結晶単位の中心にあり、その両端の炭素が近くにある3つのホウ素の正二十面体を繋いでいる。この構造は層状になっていて、B<sub>12</sub>の正二十面体と橋掛けしている[[炭素]]がc面に平行にネットワークを為していて、c軸にそって積み重なっている。格子はB<sub>12</sub>正二十面体 B<sub>6</sub>[[正八面体]]の二つのサブユニットで出来ている。B<sub>6</sub>正八面体は小さいため自分達同士でつながることは出来ず、近傍の層の正二十面体B<sub>12</sub>を繋ぐこととなりこれが炭素の層の結合の強さを弱めることとなっている。<ref name=zhangyb28.5c4/> 

B<sub>12</sub>構造単位があることから、理論上の炭化ホウ素の化学式はB<sub>4</sub>Cではなく、B<sub>12</sub>C<sub>3</sub>と表し、炭素の少ない炭化ホウ素はB<sub>12</sub>C<sub>3</sub>とB<sub>12</sub>C<sub>2</sub>の単位の組合せとなっている。<ref name=stoi/><ref name=gr/> いくつかの研究によると、炭素原子がホウ素の20面体の中に取り込まれ炭素が多い端では化学量が(B<sub>11</sub>C)CBC = B<sub>4</sub>Cで、ホウ素が多い側ではB<sub>12</sub>(CBB) = B<sub>14</sub>Cとなる。平均的にみられるものだと、原子量比はB<sub>12</sub>(CBC) = B<sub>6.5</sub>Cとなる。<ref>Boron Carbide: Structure, Properties, and Stability under Stress. Vladislav Domnich, Sara Reynaud, Richard A. Haber, and Manish Chhowalla, J. Am. Ceram. Soc., 94 [11] 3605–3628 (2011) DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04865. [http://nanotubes.rutgers.edu/PDFs/Domnich.2011.JACerS.pdf Full Text Online]</ref>

==性質==
炭化ホウ素は、非常に硬い堅牢性と高い[[中性子]]吸収断面積（つまり中性子遮蔽によい特性）、[[電離放射線]]およびほとんどの化学反応に対する安定性を持つことで知られている。<ref name=w330/>  [[ビッカース硬さ]] (38 GPa) および[[破壊靱性]] (3.5 MPa·m<sup>1/2</sup>) は[[ダイヤモンド]]に近い（それぞれ115 GPa および5.3 MPa·m<sup>1/2</sup>）。<ref>{{cite journal| title = Ultimate Metastable Solubility of Boron in Diamond: Synthesis of Superhard Diamondlike BC5| first = V. L.|last = Solozhenko|journal = Phys. Rev. Lett.| volume = 102| page = 015506|year = 2009| doi = 10.1103/PhysRevLett.102.015506| last2 = Kurakevych| first2 = Oleksandr O.| last3 = Le Godec| first3 = Yann| last4 = Mezouar| first4 = Mohamed| last5 = Mezouar| first5 = Mohamed| pmid=19257210| bibcode=2009PhRvL.102a5506S| issue = 1}}</ref>

== 製法 == 
炭化ホウ素は1899年に[[アンリ・モアッサン]]によって初めて合成され、<ref name=gr>{{Greenwood&Earnshaw2nd|p=149}}</ref> [[アーク炉]]で、 [[酸化ホウ素]] の[[炭素]]ともしくは炭素の存在下の[[マグネシウム]]との反応で合成される。炭素との場合、その反応は炭化ホウ素の融点より上で起き大量の[[一酸化炭素]]を放出する: <ref name=w131>Weimer, p. 131</ref> 
: <chem>2B2O3\ + 7C -> B4C\ + 6CO</chem>

マグネシウムとの反応の場合、黒鉛炉で起き、マグネシウムの副産物は酸処理によって除去される。<ref>Pradyot Patnaik. ''Handbook of Inorganic Chemicals''. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8</ref>

== 用途 ==
*[[南京錠]]
*個人および車両の防弾[[装甲]]
*[[ショットブラスト]] ノズル
*[[ウォータージェット]]カッターノズル
*耐擦過コーティング
*切削工具
*[[研磨材]]
*[[原子炉]]の[[中性子吸収体]]  
*[[金属複合材料]]
*[[ラムジェット]]の高エネルギー固体燃料
*車両のブレーキライニング

==参照==
{{reflist|2}}

==参考文献==
*{{cite book|url=https://books.google.co.jp/books?id=PC4f40ETjeUC&pg=PA330&redir_esc=y&hl=ja|author = Alan W. Weimer| title = Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing| isbn = 0-412-54060-6| year = 1997| publisher = Chapman & Hall (London, New York)}}

==外部リンク==
*[http://www.npi.gov.au/database/substance-info/profiles/15.html National Pollutant Inventory – Boron and compounds]
*[http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C12069328&Units=SI&Mask=2#Thermo-Condensed NIST Chemistry Database Entry for Boron Carbide]

{{ホウ素の化合物}}
{{デフォルトソート:たんかほうそ}}
[[Category:セラミックス]]
[[Category:無機化合物]]
[[Category:炭化物]]
[[Category:ホウ素の化合物]]
[[Category:中性子毒]]