碳化硼陶瓷论文

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1、碳化硼陶瓷论文碳化硼陶瓷摘耍：碳化硼陶瓷具有高駛度、高熔点和低密度的特点，是优异的结构陶瓷。木文综述了碳化硼陶瓷的粉体制备，着重阐述了5种烧结的方法，以及碳化硼陶瓷在增韧方面的研究。介绍了碳化硼陶瓷在结构材料、电学性能、方而的应用。关键词：碳化硼；制备；烧结；应用1、碳化硼陶瓷概述1.1、碳化硼的发展碳化硼这一化合物最早是在1858年被发现的，然后英国的Joly于1883年、法国的Moissan于1894年分别制备和认定了B3C、B6C。化学计量分了式为B4C的化合物直到1934年方被认知。随后，俄国学者提出了许多不同的碳-硼化介物分

2、了式，但这些分了式未能得到确认。事实上,111B-C相图可以知道,碳-硼化合物有一个从B4.0C到B10.5C的很宽的均相区，在这个均相区内的物质习惯上通称为碳化硼。从20世纪50年代起，人们对碳化硼，尤其是对其结构、性能迹行了大量的研究，取得了许多研究成果，推动了碳化硼制备和应用技术的长足发展。现在碳化硼陶瓷广泛应用于民用、宇航和军事等领域。1・2、碳化硼的优良性能碳化硼陶瓷是一种仅次于金刚石利立方氮化硼的超硬材料，这是由其特姝的晶体结构所决定的。C原了与B原了半径很小，而冃是非金属元素，B与C相互很接近，形成强共价键的结合。这种晶

3、体结构形式决定了碳化硼具冇超硬、高熔点(2450°C)、密度低(2.55g/cm3)等一系列的优良物理化学性能。2、碳化硼陶瓷的制备2.1、粉体的制备口前国内外碳化硼粉末的工业制取方法主要有3种。(1)碳管炉碳热还原法：在碳管炉中用碳黑还原硼2B203+7C二B4C+6C0f,这是一个强烈的吸热反应。(2)电弧炉碳热还原法：上述反应在电弧炉中进行。(3)镁热法:2B203+5Mg+2C=B4C+COt+5Mg0,这是一个强烈的放热反应。实验室规模，碳化硼粉末可用多种气相合成方法制得。用气相法制得的粉末粒度细、纯度高。气相法的代表反应为

4、:4BC13+CII4+4H2=B4C+12IIC1仁电弧炉碳热还原法是制取廉价碳化硼粉的主要工业方法。但由于电弧的温度高，炉区温差大，在屮心部分的温度可能超过B4C的熔点，使其发生包晶分解，析出游离碳和其他高硼化合物。而远离中心的地方，温度偏低，反应进行不完全，残留的B203和C以游离碳和游离硼的形式存在于碳化硼粉中。所以电弧炉法制得的碳化硼粉一般含冇较高的游离碳和游离硼。这种碳化硼粉主要用来作原料、磨料和制造砂轮。镁热法虽可制得极细的碳化硼粉，但反应产物屮残留的MgO必须有附加的工序洗去，冃极难彻底除去。2.2、碳化硼陶瓷的烧结1

5、.2.1无压烧结碳化硼是一种共价键很强的化合物，其共价键比例高达93.94%。因此烧结性能非常差，不加任何添加剂的无压烧结温度人约在2300°C左右，其机理是在温度接近它的熔点时的体积扩散。纯碳化硼致密化最主要的前提是用的超细粉末，平均粒度小于3um,含氧量低的情况卜；碳化硼的烧结温度以及获得的致密度分别为：2240~2300°C,78%~86%的致密度；2440°C,人于90%的致密度；251001］较细粉末烧结，99%的致密度。在常压下不大于2300°C烧结，碳化硼的相对密度不大于90%,而月.容易出现异常晶粒长人和晶体农而熔化的

6、现象。增人碳化硼粉末的比农而积并减少平均粒度，可显著地提高烧结密度。研究表明，增加原料粉末的比表血积和纯度能显著地促进烧结过程，降低烧结温度，提高烧结的质量密度。当比表而积人+16m2/g时，町使烧结温度降低180°C,烧结体的相对密度达到98%以上,抗弯强度达到456MPa,硬度IIV为2790。制品的性能接近热压制品的水平。不含添加剂的无压烧结碳化硼陶瓷材料是一种适用于大批量牛产形状复杂零件的工艺方法，但由于对粉末要求过于严格和必须用超高温烧结，因此在大批量生产中其工艺参数难于控制，制品的性能也极不稳泄。2.2.2、含添加剂的无压

7、烧结采取提高点缺陷或者位错密度的方法,提高品界而积及加大体积扩散的活化作用，可在温度较低的情况下实现致密化：（1）用高能球磨的机械合金化方法，提高比表而积；2）放入三价离子，如铝或硼来取代碳从而导致电子缺失，产生空位；3）引入一些烧结助剂去除碳化硼粒子表而的氧化物从而提高表而能，比如加入碳化铝、碳化硅、碳或有关的化合物可阻碍晶粒过度长大。其他捉供A1的添加剂是A12C3、A14C3、AIF3等，也可用氟化物或碳作脱氧剂。CrB2、TiB2、W2B5等添加物能产生一种钉扎效应,也可阻止品粒长大。用C作为烧结添加剂，川有效地促进碳化硼陶瓷

8、的烧结，使碳化硼陶瓷对以在较低的烧结温度下达到较高的质量密度。当C质量分数为3%左右时，刈密度可达到最大值，即相对密度为92.7%,而抗弯强度可达到403MPao弹性模量随相对密度的增加而增加。断裂恻性基本与相対密度无关