[科普中国]-碳化硼陶瓷

碳化硼陶瓷特点是非常坚硬，它有较好的热稳定性，能吸收热中子，但抗冲击性能差，脆性大。

晶体结构碳化硼（B4C）具有六角菱形晶格，单位晶胞有12个B原子和3个C原子。碳化硼的晶体结构如图所示。

制造工艺B4C粉末的制备B4C粉末的制备方法可参照SiC粉末的制备方法。对于用碳还原硼酐的制备方法，反应式如下：

2B2O3+ 7C⇋B4C + 6CO

这种方法是间接加热配料或在电阻炉和电弧炉中直接让电流通过配料，温度达到2200℃时，B4C分解为富碳和硼，而硼在高温时，又会挥发,在电弧炉中制取的B4C，含有大量的游离石墨，其含量达20%~30%。在电阻炉中制备的B4C，含少量的游离碳，但含有游离硼，含量达1%~ 2%。

在碳存在下，用镁热法还原硼酐，可产生十分细的碳化硼粉末其中的氧化镁用酸洗去。在这种碳化硼中，镁以及游离硼可能是主要杂质。由于过程中温度很低，因此游离硼含量要比在电阻炉中用碳还原硼酐所制备的碳化硼稍多一些 。

成型与烧成碳化硼陶瓷可采用各种方法成型。为了获得致密的B4C，一般采用热压烧结法来制取。热压烧结的B4C可以达到理论密度的98%，制备时在真空热压炉或普通热压炉中进行，热压温度为2100℃，压力为80~100MPa，保温数分钟，降温时需要保持压力。由于B4C的抗热震性较差，因此降温要缓慢。热压温度不宜过高，到2150℃会出现B4C-C共晶液相，但温度过低，则产品密度低。采用B4C超细粉原料，可以获得密度和硬度均高的碳化硼陶瓷制品。

性能与用途碳化硼陶瓷的主要性能列于表中。

碳化硼陶瓷的一个显著特点是非常坚硬，其显微硬度约为50000MPa（即50GPa），仅次于金刚石（90~ 100GPa）和CBN(80 ~ 90GPa) ，它的研磨效率可达到金刚石的60% ~ 70% ，是SiC的1倍，是刚玉研磨能力的1~ 2倍，它耐酸碱性能好，热膨胀系数小（4.5x 10-6℃），因而它有较好的热稳定性，能吸收热中子，但抗冲击性能差，脆性大。

碳化硼在1000℃时能抵抗空气的腐蚀，不过在较高的温度时它在氧化气氛中很容易氧化。碳化硼有高的抗酸性与抗碱性，并且还有不被大多数熔融金属所润湿的性能，且与这些物质接触时有相当高的稳定性。

碳化硼粉末可直接用来研磨加工宝石、轴承等。利用碳化硼陶瓷其硬度大的特性，可以用作磨料、切削刀具、耐磨零件喷嘴、轴承、车轴等。利用它导热性好，热膨胀系数低、能吸收热中子的特性，可以制造高温热交换器，核反应堆的控制剂。利用它耐酸碱性好的特性，可以制作化学器皿，熔融金属坩埚等。1

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杨明 - 副教授 - 西南大学