碳化硼陶瓷

碳化硼陶瓷特點是非常堅硬，它有較好的熱穩定性，能吸收熱中子，但抗衝擊性能差，脆性大。

基本介紹

• 中文名：碳化硼陶瓷
• 外文名：Boron carbide ceramics
• 特點：非常堅硬，較好的熱穩定性
• 套用：用作磨料、切削刀具等

晶體結構

碳化硼（B₄C）具有六角菱形晶格，單位晶胞有12個B原子和3個C原子。碳化硼的晶體結構如圖所示。

晶體結構

製造工藝

B4C粉末的製備

B₄C粉末的製備方法可參照SiC粉末的製備方法。對於用碳還原硼酐的製備方法，反應式如下：

2B₂O₃+ 7C⇋B₄C + 6CO

這種方法是間接加熱配料或在電阻爐和電弧爐中直接讓電流通過配料，溫度達到2200℃時，B₄C分解為富碳和硼，而硼在高溫時，又會揮發,在電弧爐中製取的B4C，含有大量的游離石墨，其含量達20%~30%。在電阻爐中製備的B₄C，含少量的游離碳，但含有游離硼，含量達1%~ 2%。

在碳存在下，用鎂熱法還原硼酐，可產生十分細的碳化硼粉末其中的氧化鎂用酸洗去。在這種碳化硼中，鎂以及游離硼可能是主要雜質。由於過程中溫度很低，因此游離硼含量要比在電阻爐中用碳還原硼酐所製備的碳化硼稍多一些 。

成型與燒成

碳化硼陶瓷可採用各種方法成型。為了獲得緻密的B₄C，一般採用熱壓燒結法來製取。熱壓燒結的B₄C可以達到理論密度的98%，製備時在真空熱壓爐或普通熱壓爐中進行，熱壓溫度為2100℃，壓力為80~100MPa，保溫數分鐘，降溫時需要保持壓力。由於B₄C的抗熱震性較差，因此降溫要緩慢。熱壓溫度不宜過高，到2150℃會出現B₄C-C共晶液相，但溫度過低，則產品密度低。採用B₄C超細粉原料，可以獲得密度和硬度均高的碳化硼陶瓷製品。

性能與用途

碳化硼陶瓷的主要性能列於表中。

碳化硼陶瓷的性能

碳化硼陶瓷的一個顯著特點是非常堅硬，其顯微硬度約為50000MPa（即50GPa），僅次於金剛石（90~ 100GPa）和CBN(80 ~ 90GPa) ，它的研磨效率可達到金剛石的60% ~ 70% ，是SiC的1倍，是剛玉研磨能力的1~ 2倍，它耐酸鹼性能好，熱膨脹係數小（4.5x 10^-6℃），因而它有較好的熱穩定性，能吸收熱中子，但抗衝擊性能差，脆性大。

碳化硼在1000℃時能抵抗空氣的腐蝕，不過在較高的溫度時它在氧化氣氛中很容易氧化。碳化硼有高的抗酸性與抗鹼性，並且還有不被大多數熔融金屬所潤濕的性能，且與這些物質接觸時有相當高的穩定性。

碳化硼粉末可直接用來研磨加工寶石、軸承等。利用碳化硼陶瓷其硬度大的特性，可以用作磨料、切削刀具、耐磨零件噴嘴、軸承、車軸等。利用它導熱性好，熱膨脹係數低、能吸收熱中子的特性，可以製造高溫熱交換器，核反應堆的控制劑。利用它耐酸鹼性好的特性，可以製作化學器皿，熔融金屬坩堝等。