碳化硼特性
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碳化硼的烧结C,是一种重要的工程材料,因其具有高硬度、高耐磨碳化硼,化学式为B4性、高耐腐蚀性和高热稳定性等特点而被广泛应用于各种领域。
其中,碳化硼的烧结是制备高性能碳化硼材料的关键步骤之一。
本文将重点介绍碳化硼的烧结技术。
一、碳化硼烧结的原理碳化硼的烧结原理是在高温下,通过物质传递、固相反应和液相流动等物理化学过程,使碳化硼粉末颗粒紧密结合在一起,形成具有所需形状和性能的致密材料。
在烧结过程中,碳化硼粉末中的碳原子和硼原子在高温下发生扩散和迁移,形成连续的固溶体,从而实现颗粒间的紧密结合。
二、碳化硼烧结的方法目前,制备高性能碳化硼材料主要采用无压烧结和热压烧结两种方法。
1.无压烧结无压烧结是指在无外加压力的条件下,通过加热使碳化硼粉末达到致密化的过程。
无压烧结具有设备简单、操作方便等优点,但烧结温度较高,时间较长,所得材料的密度和性能相对较低。
为了提高无压烧结碳化硼材料的性能,可以采用添加合金元素、表面活性剂等手段对碳化硼粉末进行改性处理。
2.热压烧结热压烧结是指在加热的同时施加外力,使碳化硼粉末在高温高压下快速致密化的过程。
热压烧结具有烧结温度低、时间短、所得材料的密度和性能高等优点,但设备成本较高,生产效率较低。
为了提高热压烧结碳化硼材料的性能,可以采用高温高压下的热处理、添加合金元素等手段对碳化硼粉末进行优化处理。
三、碳化硼烧结的影响因素1.烧结温度:烧结温度是影响碳化硼烧结过程和最终性能的重要因素。
温度过高可能导致材料出现熔融、挥发等现象;温度过低则会导致材料无法完全致密化。
因此,选择合适的烧结温度是制备高性能碳化硼材料的关键。
2.保温时间:保温时间也是影响碳化硼烧结过程的重要因素。
保温时间过短,材料无法充分致密化;保温时间过长则可能导致材料出现晶粒长大等现象。
因此,选择合适的保温时间是制备高性能碳化硼材料的必要条件。
3.压力:在热压烧结过程中,压力也是影响碳化硼烧结过程的重要因素。
压力过大可能导致材料出现裂纹等现象;压力过小则无法实现材料的完全致密化。
碳化硼提锂-概述说明以及解释1.引言1.1 概述碳化硼是一种具有高熔点、硬度和耐腐蚀性的无机化合物,广泛应用于陶瓷、涂层、耐火材料等领域。
近年来,碳化硼在提取锂方面也表现出良好的性能和潜力,因此受到了研究者的广泛关注。
本文将围绕碳化硼提取锂这一话题展开探讨,首先从碳化硼的性质入手,介绍其在锂提取中的应用,分析碳化硼提锂的优势。
通过对该主题的深入研究和讨论,旨在为相关领域的研究和应用提供一定的参考和指导。
文章结构: 本文将首先介绍碳化硼的性质,包括其物理性质和化学性质。
接着将详细探讨碳化硼在锂提取中的应用,分析碳化硼在提锂过程中的作用机制以及实际应用效果。
最后,将总结碳化硼提取锂的优势,并对未来碳化硼在提锂领域的发展进行展望。
}}}请编写文章1.2 文章结构部分的内容1.3 目的本文旨在探讨碳化硼在锂提取过程中的应用,分析碳化硼提锂的优势,并总结展望未来在此领域的发展方向。
通过对碳化硼提锂技术的深入研究和分析,为相关领域的研究提供参考和借鉴,促进该技术在工业生产中的应用,并为提高锂的提取效率和资源利用率提供新思路和方法。
同时,借此机会加深对碳化硼这一材料性质和应用领域的认识,推动碳化硼在能源领域的广泛应用。
2.正文2.1 碳化硼的性质碳化硼,化学式为B4C,是一种极硬的陶瓷材料,具有许多优异的性质。
首先是其硬度,碳化硼的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼,属于超硬材料之一,因此在耐磨领域有着广泛的应用。
此外,碳化硼还具有高熔点、高热导率、高抗氧化性等特点,使其在高温高压、耐腐蚀等严苛环境下表现出色。
除了以上性质外,碳化硼还具有一定的化学稳定性,不易与大多数金属及非金属发生化学反应。
其具有良好的耐酸碱性,可在酸碱腐蚀性环境中稳定性地存在。
此外,碳化硼还具有较高的密度和硬度,使其在一些特殊领域中有着独特的应用。
总的来说,碳化硼的性质使其成为一种多功能材料,广泛用于陶瓷制品、切削工具、护甲材料等领域。
在锂提取过程中,碳化硼的特殊性质也为其提供了独特的优势,后文将详细介绍其在锂提取中的应用。
碳化硼陶瓷的烧结与应用新进展发布时间:2021-07-01T16:51:19.603Z 来源:《科学与技术》2021年第29卷3月7期作者:尹志勇[导读] 碳化硼陶瓷是一种具有优异性能的新型陶瓷材料,本文分析了碳化硼陶瓷的特点,并且对其烧结技术和应用的进展进行了探讨。
尹志勇浙江吉成新材股份有限公司(长沙分公司)湖南省长沙市 410006摘要:碳化硼陶瓷是一种具有优异性能的新型陶瓷材料,本文分析了碳化硼陶瓷的特点,并且对其烧结技术和应用的进展进行了探讨。
关键词:碳化硼陶瓷;烧结技术;应用碳化硼陶瓷是一种新型的陶瓷材料,具有良好的耐磨性和高硬度的特点。
碳化硼中包含碳和硼两种非金属元素,二者在元素周期表上相邻,原子半径接近,因此结合方式和其它间隙化合物不同,由于这一结构特点,碳化硼陶瓷具有高密度、高熔点、超高硬度、耐磨损和耐腐蚀等多方面的特性,碳化硼陶瓷以其优良的性质使其在航空航天、核能、机械、国防和耐磨技术等诸多领域都有重要的应用。
碳化硼陶瓷的性能会受到气孔缺陷和致密度方面的影响,通过改进其烧结工艺,可以有效地提升碳化硼的致密度,从而提高碳化硼陶瓷的性能。
1 碳化硼陶瓷特性碳化硼这一物质具有优异的性能。
其硬度可以达到3000 kg/mm2,在已知的物质中仅次于金刚石和立方氮化硼,是一种超硬材料;碳化硼还具有密度低、弹性模量高、热膨胀系数低、导热率高、化学稳定性好等方面的优点。
在常温条件下,其不和大多数酸碱、无机化合物等反应;此外,和其它陶瓷材料相比,碳化硼具有良好吸收中子的能力。
碳化硼陶瓷共价键分数达到93.94%,远高于碳化硅和氮化硅等结构陶瓷材料,导致其致密化烧结难度非常大,由于这一特点,碳化硼内气孔的消除、晶界和体积扩散的传质机制需在2000℃以上,在这一温度条件下烧结,晶粒会迅速粗化长大,气孔不容易排除,因此会导致大量的残余气孔,影响到材料的致密性,为了达到良好的烧结效果,需要添加有效的添加剂,或者是通过压力烧结的方式进行烧结。
碳化硼中子吸收
碳化硼是一种常见的中子吸收材料,它具有较高的中子吸收能力和特定的俘获截面。
在核反应堆中,中子需要被有效吸收以控制核反应,而碳化硼正是实现这一目标的重要材料。
碳化硼的优点在于它对快中子的减速和慢中子的吸收作用。
通常,快中子需要减速为慢中子才能引发下一个核反应,而碳化硼能够有效降低中子的速度,从而提高核反应效率。
此外,碳化硼还具有较高的热中子吸收截面,这意味着它能够有效地吸收热中子,进一步控制核反应的进行。
碳化硼的另一个重要特性是它的化学稳定性。
在高温和强辐射环境下,碳化硼不易发生化学反应,因此能够长期保持其性能。
这使得碳化硼成为核工业领域中的重要材料,特别是在核反应堆和核燃料循环系统中。
总的来说,碳化硼作为一种中子吸收材料,在核反应堆等领域具有广泛的应用前景。
随着核能技术的不断发展,碳化硼在未来可能还有更多潜在的应用价值。
摘要:碳化硼是一种战略材料,因具有高熔点、高硬度、低密度、良好的热稳定性、较强的抗化学侵蚀能力和中子吸收能力等一系列优良性能,已被广泛应用于能源、军事、核能以及防弹领域。
本文主要介绍碳化硼及其铝基陶瓷材料在“军民两用”等领域应用现状和相关制备工艺与性能,并对碳化硼陶瓷材料发展前景进行展望。
关键词:碳化硼;陶瓷;制备技术;工艺方法前言碳化硼是一种新型非氧化物陶瓷材料, 碳化硼陶瓷具有高熔点(2450℃)、高硬度(29.1GPa)、大中子捕获面(600bams)、低密度(2.52g/cm³)、较好的化学惰性、优良的热学和电学性能等。
碳化硼又称黑钻石,是仅次于金刚石和立方氮化硼的第三硬材料。
碳化硼除了大量被用作磨料之外,还可以用于制备各种耐磨零件、热电偶元件、高温半导体、宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应堆控制棒与屏蔽材料等。
碳化硼陶瓷在军工上多用于防弹装甲中,其防护系数最高一般为13-14,并且其硬度最高,密度最低,是最理想的装甲陶瓷,虽然其价格昂贵,但在保证性能优越的条件下,以减重为首要前提的装甲系统中碳化硼仍优先选择。
1碳化硼陶瓷在防弹领域的应用防弹材料的科技水平也是国家的军事实力的重要体现。
碳化硼防弹材料已广泛应用在防弹衣、防弹装甲、武装直升机以及警、民用特种车辆等防护领域。
相比于其它防弹材料如金属板防弹材料、高性能纤维复合防弹材料、组合防弹材料等,碳化硼陶瓷因高熔点、高硬度和低密度已成为防弹材料应用领域的理想替代品。
1.1防弹装甲我国防弹陶瓷最早应用于防弹装甲领域。
目前,国内外已工程化应用的装甲陶瓷材料主要有氧化铝、碳化硼、碳化硅、氮化铝、硼化钛、氮化硅等。
用于装甲防护的单相陶瓷主要有三种,分别是:氧化铝、碳化硼和碳化硅。
装甲陶瓷材料主要应用于防弹装甲车辆,通常以复合装甲的形式出现。
装甲陶瓷材料普遍应用在附加顶、舱盖、排气板、炮塔座圈、防弹玻璃、枢轴架等装甲构件中以及坦克车辆的下车体,还用于制造躯干板、侧板、车辆门和驾驶员座椅。
b4c碳化硼的结构B4C碳化硼的结构碳化硼(B4C)是一种重要的陶瓷材料,具有优异的物理和化学性能。
它由硼和碳两种元素组成,形成了独特的结构。
下面将介绍B4C碳化硼的结构特点以及相关的性质和应用。
1. 结构特点B4C碳化硼的结构是由硼原子和碳原子交替排列而成的。
其晶体结构属于六方晶系,具有类似石墨的层状结构。
每个层中,硼原子和碳原子呈等距离排列,形成了硼碳链。
相邻层之间通过共面的碳原子形成键连接。
这种层状结构使得B4C具有较高的硬度和热导率。
2. 物理性质B4C碳化硼具有极高的硬度,接近于金刚石。
这使得它在磨削和切割工具中得到广泛应用。
此外,B4C还具有较低的密度和良好的热导率,使得它成为高性能散热材料的理想选择。
另外,B4C还具有较高的熔点和热稳定性,能够在高温环境下保持稳定的性能。
3. 化学性质B4C碳化硼具有较高的化学稳定性,能够在大多数非氧化性环境下长时间稳定存在。
它对酸、碱和大部分溶剂都具有很好的抗腐蚀性。
然而,在氧化性环境下,B4C会发生氧化反应,形成BO2和CO2等产物。
因此,在高温和氧化性环境中使用B4C时需要注意其氧化性。
4. 应用领域B4C碳化硼由于其优异的性能在多个领域得到广泛应用。
首先,由于其高硬度和磨削性能,B4C被广泛用于制作磨料和磨具,如砂轮和切削刀具等。
其次,B4C的高热导率使其成为散热材料的理想选择,广泛应用于电子器件、太阳能电池和高功率激光器等领域。
此外,B4C还可以用于核工业中的辐射防护材料和中子吸收材料等。
总结:B4C碳化硼的结构特点决定了其优异的物理和化学性能。
其层状结构使其具有高硬度、良好的热导率和化学稳定性。
这些特点使得B4C在磨削工具、散热材料和辐射防护材料等领域具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展,B4C碳化硼在更多领域的应用将会得到拓展,并为人类带来更多的福利。
碳化硼闪点碳化硼(B4C)是一种重要的陶瓷材料,具有许多优异的特性,其中之一就是其较低的闪点。
本文将从碳化硼的特性、应用领域及其低闪点的原因等方面进行介绍。
碳化硼是一种硼碳化合物,由硼和碳元素组成。
它具有高硬度、高熔点、高抗腐蚀性和高热导率等特性,使其在许多领域得到广泛应用。
碳化硼常用于制造陶瓷装甲、砂轮磨具、切割工具、高温炉具等。
此外,碳化硼还可以用于核工业、光学镀膜、电子元器件等高科技领域。
然而,碳化硼的闪点相对较低。
闪点是指液体在特定条件下能够发生闪燃的最低温度。
碳化硼的闪点约为140摄氏度,相对较低。
这意味着在高温下,碳化硼可能会发生闪燃,产生火焰和烟雾。
碳化硼的低闪点主要是由其分子结构和化学性质决定的。
碳化硼的分子由B和C原子以一定比例组成,其中C原子与B原子形成了稳定的三角形结构。
这种结构使得碳化硼分子间的键结合较弱,容易在高温下发生裂解和氧化反应,从而引发闪燃。
此外,碳化硼还具有较高的热导率和热稳定性,这也增加了其闪燃的风险。
由于碳化硼的低闪点,使用碳化硼的过程需要特别注意安全措施。
必须严格控制碳化硼的使用温度和环境,避免产生高温和火源。
在操作过程中,还需要采取防火措施,如使用防火涂层、避免与易燃物接触等,以确保操作安全。
碳化硼的低闪点也限制了其在某些领域的应用。
例如,在高温下使用碳化硼的设备和材料,需要考虑其闪燃的风险,采取相应的防护措施。
在一些特殊环境下,可能需要寻找替代材料或改良碳化硼的结构,以提高其抗闪燃性能。
碳化硼是一种重要的陶瓷材料,具有许多优异的特性。
然而,碳化硼的闪点较低,容易在高温下发生闪燃。
这主要是由于碳化硼的分子结构和化学性质决定的。
因此,在使用碳化硼时需要特别注意安全措施,避免产生高温和火源。
同时,为了拓宽碳化硼的应用领域,还需要进一步研究和改良其结构,提高其抗闪燃性能。
碳化硼的性能特点
碳化硼通常为灰黑色微粉,具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。
那么碳化硼的性能特点有哪些呢?海旭磨料小编给您介绍碳化硼的性能特点。
碳化硼的性能特点:
1、碳化硼密度很小,是陶瓷材料中最轻的,可用于航天航空领域;
2、碳化硼还是p型半导体材料,即使在很高的温度下也可保持半导体特性。
3、碳化硼还具有高熔点、高弹性模量、低膨胀系数和良好的氧气吸收能力等优点。
4、碳化硼最重要的性能在于其超常的硬度(莫氏硬度为9.3),硬度仅次于金刚石和立方氮化硼,是最理想的高温耐磨材料。
5、碳化硼的中子吸收能力很强,相对于纯元素B和Cd来说,造价低、耐腐蚀性好、热稳定性好,广泛用于核工业,碳化硼中子吸收能力还可以通过添加B元素而进一步改善。
6、碳化硼的化学性能优良,在常温下不与酸、碱和大多数无机化合物反应,仅在氢氟酸一硫酸、氢氟酸一硝酸混合物中有缓慢的腐蚀,是化学性质最稳定的化合物之一。
纳米碳化硼的制备及应用一,基本特性:碳化硼,别名黑钻石,是一种无机物,化学式为B4C(供应VK-BC100),通常为灰黑色微粉。
是已知最坚硬的三种材料之一(仅次于金刚石和立方相氮化硼),用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。
它的莫氏硬度约为9.5。
黑色有光泽晶体。
硬度比工业金刚石低,但比碳化硅高。
与大多数陶器相比,易碎性较低。
具有大的热能中子俘获截面。
抗化学作用强。
不受热氟化氢和硝酸的侵蚀。
溶于熔化的碱中,不溶于水和酸。
相对密度2.5左右,熔点2350℃。
沸点3500℃。
它在19世纪作为金属硼化物研究的副产品被发现,直到1930年代才被科学地研究。
碳化硼(供应VK-BC100)可由电炉中用碳还原三氧化二硼制得。
由于制备手段的因素,碳化硼容易形成碳缺陷,导致硼碳比在很大的范围内变化而不影响其晶体结构,这往往导致其理化性能的降低。
这种缺陷往往难以通过粉末衍射分辨,常常需要化学滴定以及能量损失谱确定。
需要说明的是,除了B4C之外,碳化硼(供应VK-BC100)材料可能具有不同化学计量比,目前已知的B∶C化学计量比为4~10.5。
因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。
在耐磨材料、陶瓷增强相,尤其在轻质装甲,反应堆中子吸收剂等方面使用。
此外,和金刚石和立方氮化硼相比,碳化硼制造容易、成本低廉,因而使用更加广泛,在某些地方可以取代价格昂贵的金刚石、常见在磨削、研磨、钻孔等方面的应用。
二,纳米碳化硼(供应VK-BC100)的几种制备方法:1. 碳热还原法因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。
在耐磨材料、陶瓷增强相,尤其在轻质装甲,反应堆中子吸收剂等方面使用。
此外,和金刚石和立方氮化硼相比,碳化硼制造容易、成本低廉,因而使用更加广泛,在某些地方可以取代价格昂贵的金刚石、常见在磨削、研磨、钻孔等方面的应用。
2.自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法,又常被称为SHS技术。
这一方法是前苏联物理化学研究所的Merzhahov等发明的。
碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用摘要:碳化硼陶瓷是一种新型功能陶瓷材料,具有硬度高、高温强度大、抗热震性好和抗蚀性强等特点,广泛应用于航空航天、石油化工等领域。
本文介绍了碳化硼陶瓷的性能、制备方法及在防弹领域的应用进行了探讨。
关键词:碳化硼陶瓷;烧结工艺;防弹领域1引言碳化硼是一种新型功能陶瓷材料,具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、抗磨损等优良特性,广泛应用于航空航天、石油化工等领域。
碳化硼陶瓷因其具有超高硬度(HV7000)、高温强度(1000℃)和高强度(1800 MPa),同时又具有良好的韧性和抗热震性,被誉为“陶瓷中的钻石”。
因此,对碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用将具有良好的现实意义。
2碳化硼防弹陶瓷的制备方法2.1 无压烧结无压烧结是一种既简便又经济的制备方法,其所需要的主要设备有冷压压制机和烧结炉。
目前,碳化硼陶瓷无压烧结成型工艺主要有灌浆成型工艺、凝胶注模成型工艺、冷等静压成型工艺等。
通过单向挤压的方法,获得了足够加工强度的坯料。
冷等静压可获得致密、受力均匀的毛坯,其性能显著改善,逐渐成为高性能碳化物制品的普适性成形技术。
纯B4C的无压烧结是一种极难实现的材料,其致密化过程中的孔洞缺陷及致密程度是决定材料性能的重要因素。
结果表明,烧结温度、粉体尺寸对致密程度有较大的影响。
粉体材料对碳化硼陶瓷的烧结性有很大的影响。
粉体越细,加热速度越快,对提高致密度越有利。
随着粉体尺寸的减小、比表面积的增大,烧结驱动力增大:提高粉体的表面积、提高烧结温度,使致密性得到提高,致密度达到56%-71%。
迅速的加热有利于获得高的致密性的良好的显微组织,这是由于挤压能够被加热到这样的温度,在微观组织变粗化之前发生致密化。
结果表明,在2250-2350℃的高温下,使用含氧量≤3 m的超细粉,是实现纯碳化硼无压烧结的关键。
1.2 热压烧结热压烧结是在高强石墨模中填充干燥混合均匀的碳化硼粉末,并在加热的同时,对其进行单向加压,从而达到成形与烧结的目的。
碳化硼特性Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】碳化硼特性B 4C 具有高熔点、高硬度、低密度等优良性能,并具有良好的中子吸收能力和抗化学侵蚀能力,因而广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、宇航等领域。
化学计量分子式为 B 4C,碳化硼存在许多同分异构体,含碳量从8%-20%,最稳定的碳化硼结构是具有斜方六面体结构的B 13C 2 、B 13C 3、B 4C 和其它接近于B 13C 3的相。
碳化硼斜方六面体结构中包括12个二十面的原子团簇,这些原子团簇通过共价键相互连接,并在斜方六面体的对角线上有一个三原子链。
多硼的十二面体结构位于斜方六面体的顶点。
硼原子和碳原子可以在二十面体和原子链上互相替代 ,这也是碳化硼具有如此多的同分异构体的主要原因。
正因为碳化硼的特殊结构,使之有很多优 良的物理、机械性能。
碳化硼最重要的性能在于其超常的硬度(莫氏硬度为,显微硬度为55GPa-67G Pa),是最理想的高温耐磨材料;碳化硼密度很小,是陶瓷材料中最轻的,可用于航天航空领域;碳化硼的中子吸收能力很强,相对于纯元素B 和Cd 来说,造价低、耐腐蚀性好、热稳定性好,广泛用于核工业,碳化硼中子吸收能力还可以通过添加B 元素而进一步改善;碳化硼的化学性能优良,在常温下不与酸、碱和大多数无机化合物反应,仅在氢氟酸一硫酸、氢氟酸一硝酸混合物中有缓慢的腐蚀,是化学性质最稳定的化合物之一;碳化硼还具有高熔点、高弹性模量、低膨胀系数和良好的氧气吸收能力等优点。
不可否认,相对于其它陶瓷材料而言,碳化硼的强度和韧性略显偏低,尤其是断裂韧性低,影响了该材料的可靠性和应用性。
但是可利用晶粒细化,相变韧化,相复合等多种手段使碳化 硼材料强韧化。
众所周知,碳化硼的烧结温度过高、抗氧化能力差以及对金属的稳定性不好等缺点,但是近年来随着超细粉末制备技术的发展和有效烧结助剂的开发,使碳化硼的常规烧结问题得到解决。
2 碳化硼粉末的制备现在工业上生产B4C的方法是用硼酸或脱水氧化硼与碳在碳管炉或者电炉中进行高温还原反应:2B203(4H3BO3)+7C=B4C+6C0 +(6H2O)。
目前国内外制取碳化硼粉末的方法主要有:碳管炉或电弧炉碳热还原法,镁热法,激光诱导CVD法,直接制备法,溶胶凝胶碳热还原法等。
碳管炉、电弧炉碳热还原法热法是用硼酸或脱水氧化硼与碳在电炉中进行高温还原反应。
电弧炉根据石墨的电极工作原理分为立式冶炼炉和卧式冶炼炉。
该反应必须严格控制才能获得高纯度和稳定性的碳化硼粉,决不允许有多余的碳存在,一般加入余量的硼或加入过量的硼酸和硼酐。
其工艺流程为:硼酸+碳黑混合焙解碳化过筛分析检测产品(粉末)。
碳管炉、电弧炉碳热还原法是目前工业制备碳化硼的最重要的方法。
缺点:电弧的温度高,炉区温差大,在中心部分的温度可能超过碳化硼的熔点,使其发生包晶分解(包晶反应是有些合金当凝固到一定温度时,已结晶出来的一定成分的固相与剩余液相发生反应生成另一种新固相的恒温转变过程),析出游离碳和其它高硼化合物,而远离中心的地方温度偏低,反应进行不完全,残留的氧化硼和碳以游离碳和游离硼的形式存在于碳化硼粉中。
因而制得的碳化硼粉含有较高的游离碳和游离硼。
能量消耗大、生产能力低、高温下对炉体损坏严重、合成的原始粉末平均粒径大,需要经过破碎处理等。
其优点在于:设备结构简单、占地面积小、建成速度快、工艺操作成熟等。
镁热法是利用化合物合成时的反应热,使反应进行下去的一种工艺,大多用镁作为助熔剂。
其化学反应方程式为:2B 203+5Mg+2C=B 4C+CO +5MgO 。
镁热法的优点在于:过程简单、反应温度较低、节约能源、反应迅速、容易控制、纯度高、可制得极细至微米)碳化硼粉。
但是反应物中残留的氧化镁即使通过附加的工序洗去也难彻底除去等利用自蔓延高温合成法,合成Mg-B 4C 。
并研究了其微观组织,结果表明:由于Mg 的高挥发性,B 203-Mg-C 体系燃烧产物显微组织受到环境气压的影响,B 4C 的晶粒尺寸受到气压的显着影响,高压下生成的B 4C 晶粒比大一个数量级以上。
近年出现了一些新的制备碳化硼粉末的方法:激光诱导CVD 法,直接制备法,溶胶凝胶碳热还原法,气流粉碎B 4C 粗粉法,以BCI 3、H 2及CH 4为原料通过气相沉积合成碳化硼法等。
激光诱导化学气相沉积法是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热分解或化学反应,经成核生长成超细粉末。
其优点在于:由于反应器壁是冷的,因此无潜在的污染;原料气体分子直接或间接吸收激光光子能量后迅速反应,反应具有可选择性;可精确控制反应区条件;激光能量高度集中,反应与周围环境间的温度梯度大,有利于成核粒子快速凝结;反应中心区域与反应器之间被原料气体隔离,污染小,可制得高纯度的纳米粉末。
直接制备法反应方程式为 :4B+C=B 4C 。
用硼、碳直接合成法合成了碳化硼粉,此法具有碳化硼粉纯度高、硼碳比容易控制等优点。
溶胶凝胶法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶凝胶而固化。
再经过热处理合成化合物的方法。
气流粉碎法是将粗粉在气流粉碎机上进行粉碎,是一种强力粉碎工艺,既有强的体积粉碎,又有强的表面粉碎,粉碎效率高 ,经粉碎3次左右可获得平均粒径小于1微米的碳化硼粉末。
尹邦跃等利用此方法获得了粒径小于1微米的超细B 4C 粉末。
聚合物先驱体裂解法可在低温下得到了碳化硼。
方法是首先用硼酸和聚乙烯醇合成了聚合物先驱体,然后在 4000C到 800℃下分解得到碳化硼。
碳化硼的烧结烧结过程是碳化硼制备最关键的一个环节。
由于碳化硼的结合键是强共价键,而且塑性差,晶界移动阻力大,固态时表面张力很小,因此碳化硼烧结困难。
碳化硼烧结的技术,主要有活化烧结(包括无压反应烧结、热压反应烧结、热压真空烧结等 ),液相烧结,高温等静压烧结气氛烧结及微波烧结等。
活化烧结是采用化学或物理的措施,使烧结温度降低、烧结过程加快,或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法。
从方法上可以分为两种:一是依靠外界因素活化烧结过程,如在气氛中添加活化剂,使烧结过程循环地发生氧化-还原反应或其它反应,往烧结填料中添加强还原剂,循环改变烧结温度,施加外应力等;二是提高粉末的活性,使烧结活化,如粉末或粉末压坯的表面预氧化,使粉末颗粒产生较多晶体缺陷或不稳定结构,添加活化元素以及使烧结形成少量液相。
碳化硼属于斜方晶系,碳含量可从%连续变化到20%。
由于在非化学计量的碳化硼中存在较高的空位浓度,而结构空位的非平衡态可以活化扩散物质的转移机构,提高硼和碳的扩散能动性,晶格畸变增加,扩散激活能和位错运动阻力降低,因此可以使烧结过程得到活化。
想得到性能越的碳化硼陶瓷材料,活化烧结是最关键的一个环节。
主要考虑晶粒的细化和添加助烧剂使之强韧化。
表面能的减小是粉末制品烧结的原动力,粉末越细,比表面越大,烧结的驱动力越大,并且粉末越细,在制备过程中产生的结构缺陷越多,烧结速度快,制品密度大,而且可以显着降低烧结温度。
因此晶粒细化在烧结过程中显得尤为重要。
其中晶粒细化除了在碳化硼粉末制备工艺过程中使用机械粉碎法(包括滚动球磨、振动球磨、气流粉碎)细化外,合理地使用烧结添加剂不仅能提高烧结密度,也能控制晶粒尺寸,甚至起到细化晶粒的作用。
碳化硼陶瓷烧结过程中主要的添加剂有:金属单质,金属氧化物和金属盐,碳或有机物,过渡金属碳化物或硼化物等。
(1)添加的金属单质主要有A1、Co、Fe、Ti、Cr、Ni、Cu等。
其主要机制是在烧结过程中,通过液相烧致密化机制促进致密化以及添加物与碳化硼发生反应,生成的金属硼化物作为增强相起弥散强化作用。
添加金属单质Al在 21 900C下烧结1h,所制得的碳化硼硬度最高达2500H V,弯曲强度达350MPa。
在 9 850C到13700C下无压条件下渗入熔融的Al,在Ar气氛下压实烧结,得到的碳化硼-铝复合材料的理论密度达到了98%以上。
(2)添加的金属氧化物和金属盐主要有Mg0、Fe2O3、A12O3、TiO2、Mg(NO3)2、Na4SiO4等。
以 A123作为热压烧结添加剂,在18000C以下,35MPa热压条件下热压烧结碳化硼,结果表明:A12O3的加入可明显降低热压温度,且对硬度影响较小,可获得致密化的碳化硼烧结体。
例如添加TiO2在21900C下烧结一小时,所制得的碳化硼相对密度达9 5%以上。
(3)添加的有机物主要有酚醛树脂、葡萄糖、硬脂酸等。
加入葡萄糖所得到的碳化硼压坯密度最高,掺人酚醛树脂可获得最高的烧结密度,掺碳活化效果按葡萄糖、酚醛树脂和硬脂酸顺序递减。
并且指出了掺碳强化了晶界扩散,从而起到活化烧结的作用,还可以抑制碳化硼晶粒长大,可获得大于90%的相对密度。
添加有机物效果明显,但是成本高。
采用碳黑代替有机物作烧结助剂,对碳化硼粉末的热压过程具有一定的促进作用。
致密化机理分析显示,碳对碳化硼颗粒表面的活化,及与碳化硼之间的成分和内部结构的变化,增加了碳化硼颗粒的重排应力,降低了碳化硼的黏度系数,增大了粉体的塑性流动能力。
因此不仅能使碳化硼致密化,还具有不带入碳、硼以外的杂质成分的优点。
用碳作为烧结助剂可有效地促进碳化硼陶瓷的烧结,使之在较低烧结温度下达到较高的质量密度,当碳质量分数为 3%左右时,相对密度可达到最大值%,而抗弯强度可达4O3MPa,弹性模量随相对密度的增加而增加,断裂韧性基本与相对密度无关,其数值大约为·m 1/2。
添加C、B 、TiB2等对碳化硼的影响,发现添加C对无压烧结碳化硼的密度影响最佳。
(4)添加的过渡金属碳化物和硼化物主要有TiC、SiC 、VC、CrC、WC、TiB2、CrB 、W2B5等。
向碳化硼粉末中添加适量的过渡金属碳化物,因其与碳化硼不相容,反应的活性碳和硼化物可活化烧结过程;过渡金属硼化物的热膨胀系数因和碳化硼不匹配而产生残余应力,引发裂纹偏转效应,使碳化硼力学性能提高。
利用TiC做为碳化硼的烧结助剂,因TiC与B4C反应生产单质C和TiB2,这两种物质都能起助烧剂的作用,在21500C和22000C之间无压烧结碳化硼,其理论密度超过93%,在热等静压下几乎能够达到完全致密。
随着烧结温度的升高和烧结助剂的减少,B4C和TiB的粒度增大,TiB的出现引起杨氏模量的轻微提高和硬度的稍微下降,其弯曲强度随着断裂韧性的增大而有所下降。
B4C(W,Ti)C 陶瓷复合材料添加TiC、WC在烧结时产生化学反应,反应产物为 TiB2和W2B5,随着(W,Ti)C含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性逐渐增加,硬度逐渐减小,当烧保温时间低于5Omin时,材料的致密度、抗弯强度和硬度显着降低,B4C(W,Ti)C 陶瓷复合材料最佳性能参数为:抗弯强度693MPa,维氏硬度,断裂韧性。