高技术碳化硼陶瓷材料的无压烧结制备技术
碳化硼的烧结
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。
碳化硼陶瓷的军工应用及前沿制备技术
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。
碳化硼材料的制备技术
碳化硼材料的制备技术碳化硼的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高温硬度（＞30GPa）是其它任何材料都无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。
碳化硼为菱面体，目前被广泛接受的碳化硼模型是：B<sub>11</sub>C组成的二十面体和C-B-C链构成的菱面体结构<sup>[1～2]</sup>。
正是由于这种特殊的结合方式，碳化硼具有许多优良性能（见表1），被广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、航天航空等领域。
本文综述了碳化硼粉末及碳化硼陶瓷的制备技术在国内外的研究现状及进展情况，并展望了其发展。
2碳化硼粉末的合成2.1 碳管炉、电弧炉碳热还原法这是合成B<sub>4</sub>C粉末的最古老的方法，早在化学计量的B<sub>4</sub>C被确定（1934年）后不久，电炉生产工业用B<sub>4</sub>C的研究就获得了成功，B<sub>4</sub>C作为磨料开始在工业上得到应用。
将硼单质或含硼的化合物与碳粉或含碳的化合物均匀混合后放在高温设备，例如电管炉或电弧炉中，通以保护气体Ar或N<sub>2</sub>气在一定温度下合成B<sub>4</sub>C粉末，其基本的化学方程式为：2B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>（4H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>）+7C=B<sub>4</sub>C+6CO（g）(+3H<sub>2</sub>O（g）) 由于硼酸和硼酐分别在低温和高温下有较大的挥发性，所以通常加入过量的硼酸和硼酐，才能获得高纯和稳定的B<sub>4</sub>C粉。
碳化硼生产工艺流程和配方
碳化硼生产工艺流程和配方碳化硼的生产工艺流程通常包括原料制备、混合、成型、烧结等步骤。
下面将逐步介绍碳化硼的生产工艺流程：1. 原料制备碳化硼的原料主要包括硼酸、碳与硅酸盐等。
首先对硼酸和碳含量较低的硅酸盐进行粉碎和混合，以保证原料的均匀性。
然后经过预处理，将原料中的杂质和水分进行去除，可以采用烧结、干燥等方法。
最后将处理后的原料进行研磨，以保证原料的细度和均匀性。
2. 混合将原料经过预处理后的硼酸、碳和硅酸盐等按一定的配方比例进行混合，以保证后续工艺的稳定性和产品性能。
混合过程中需要严格控制原料的配比和混合时间，避免原料出现偏差造成产品质量的下降。
3. 成型将混合后的原料进行成型处理，通常采用压制成型或注射成型的方式。
在成型过程中需要严格控制成型压力、成型温度和成型时间，以保证产品的密度和形状的一致性。
4. 烧结成型后的碳化硼坯体需要进行烧结处理，通常采用高温热处理的方式。
在烧结过程中需要严格控制烧结温度和烧结时间，以保证产品的致密性和硬度。
烧结后的产品需要经过表面处理，如清洗、抛光等，以满足产品的表面光洁度和平整度的要求。
以上是碳化硼的生产工艺流程的基本步骤，下面将介绍一种常用的碳化硼生产配方：1. 硼酸硼酸是碳化硼的主要原料之一，其含量对产品性能具有重要影响。
在配方中，硼酸的含量通常在30%~40%之间，过高或过低的含量都会影响产品的质量和性能。
2. 碳原料碳是碳化硼的另一主要原料，其含量在配方中通常占20%~30%。
碳的品质和含量对产品的致密性和硬度具有重要影响，因此需要严格控制碳的品质和含量。
3. 硅酸盐硅酸盐是碳化硼的辅助原料，其含量在配方中通常占10%~20%。
硅酸盐的品质和含量对产品的致密性和化学稳定性具有重要影响，因此需要严格控制硅酸盐的品质和含量。
4. 综合助剂在碳化硼的生产过程中还需要添加一些综合助剂，如结合剂、增塑剂、抗变形剂等。
这些助剂可以改善原料的致密性和成型性能，提高产品的硬度和耐磨性。
碳化硼陶瓷烧结工艺及其在防弹领域的应用
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。
无压烧结碳化硼
无压烧结碳化硼无压烧结碳化硼是一种新型的高性能陶瓷材料，通常简称为无烧烧结CBN。
它是在无氧气氛下，通过热处理和压力调节，使粉末颗粒之间相互结合而生成的。
无压烧结CBN具有高硬度、高耐磨性、高强度、高导热性、高化学稳定性等优点。
它广泛应用于机械制造、航空航天、国防科技、半导体工艺等领域。
无压烧结CBN的特点：1.高硬度：无压烧结CBN的硬度只次于金刚石，达到了3400MPa以上。
2.高耐磨性：无压烧结CBN的硬度和优异的化学惰性使其在高温、高压、高速、高负荷和恶劣环境下仍能保持卓越性能。
4.高导热性：无压烧结CBN的导热系数高，可以有效地散热，保持工作温度的稳定性。
5.高化学稳定性：无压烧结CBN表面活性低，化学稳定性高，不易与其他物质发生反应。
6.易于加工：无压烧结CBN的工艺性好，可以通过机械加工、电火花加工、激光加工等方法进行加工和定形。
1.机械制造：无压烧结CBN可以用于车削、铣削、切割、磨削等加工工艺中，特别适用于高难度和高精度加工领域。
2.航空航天：无压烧结CBN用于航空发动机、涡轮增压器、液压泵等高温高压领域的零部件加工，其高硬度和高强度保证零部件的高精度和长寿命。
3.国防科技：无压烧结CBN用于武器弹头、坦克炮弹、导弹发动机等领域，具有良好的防护和杀伤性能。
4.半导体工艺：无压烧结CBN用于半导体磨削和切割领域，可以保证半导体芯片的高精度和高质量。
总之，无压烧结CBN是一种优异的高性能陶瓷材料，具有广泛的应用前景和市场潜力。
随着制造技术的不断发展和进步，无压烧结CBN将会在越来越多的领域中发挥重要的作用。
反应烧结碳化硼工艺流程
反应烧结碳化硼工艺流程一、原料准备。
反应烧结碳化硼的原料那可是相当关键的哦。
我们得有高品质的硼源，就像硼粉之类的，这可是形成碳化硼的重要基础呢。
硼粉的纯度得高一点，杂质太多可不行，就像做菜一样，食材要是不新鲜或者质量不好，那做出来的菜肯定也不好吃呀。
还有碳源也不能马虎，常见的像碳黑之类的就可以。
这俩原料就像两个小伙伴，要一起合作才能变成碳化硼呢。
二、混合原料。
把硼粉和碳黑混合起来可是个细致活。
就像把两种不同颜色的沙子混合均匀一样，得特别小心。
要确保它们充分混合，不能有的地方硼粉多，有的地方碳黑多。
要是混合不均匀，那在后面反应的时候就会出问题啦。
可以用一些专门的混合设备，像那种小型的搅拌器之类的，让它们在里面欢快地转一转，就混合得比较好了。
这时候的混合粉末看起来就像是一种很特别的黑色粉末，感觉像是魔法粉末一样，充满了无限的可能哦。
三、成型。
混合好的粉末可不能就这么散着，得把它们整成我们想要的形状呢。
可以通过一些成型的方法，比如说压制成型。
就像我们小时候玩泥巴，把泥巴捏成各种形状一样。
不过这个可比捏泥巴讲究多啦。
要控制好压力，压力太大了，可能会把粉末压得太实，里面的气孔都没了，这样在后面反应的时候气体就出不来啦。
压力太小呢，形状又不容易固定。
把混合粉末放在模具里，然后轻轻一压，就像给它穿上了一件定制的衣服，让它有了自己独特的形状。
四、反应烧结。
这可是最关键的一步啦。
把成型后的坯体放到专门的反应炉里面。
然后呢，要控制好反应的温度和气氛哦。
温度就像是这个反应的指挥棒，要是温度不对，反应就不能很好地进行。
气氛也很重要，一般要在一定的还原性气氛下。
这个时候，坯体在反应炉里就像在进行一场神奇的变身之旅。
硼和碳在高温下就开始反应啦，慢慢地变成碳化硼。
这个过程就像是魔法在起作用一样，原本的粉末和坯体逐渐变成了坚硬的碳化硼制品。
五、后处理。
反应烧结完了也还没结束哦。
还得进行一些后处理呢。
比如说要对烧结后的制品进行打磨，把表面那些不平整的地方弄得光滑一点。
无压烧结碳化硼的研究进展
度提 高 后 ， 程均 加 快 进行 ，从 而 有 利 于提 高 陶 过
瓷 的致 密 度ｎ 。粉 末 越 细 越 有 利 于 陶瓷 的致 密 ］ 化 。研究结 果表 明 ，纯碳化 硼无 压烧 结 致 密化 最
Ｚ Ｏ。 ｒ 作为 烧 结 助 剂 可 以有 效 的降 低 烧 结 温
度 。加入 ５ 的 Ｚ Ｏ２ 在 ２ ７ ℃下 烧 结 ， 以 ｗｔ ｒ ， ２５ 可 得到 致密度 为 ９ 的 烧 结体 。在所 有 的实 验 中 ３ 都可 以观察 到硼 和碳在基 体 内是 均匀 分布 的。纯
无 压 烧 结碳 化 硼 的研究 进 展
王 君 ， 玉军 ， 张 龚红 宇 ， 红 康 魏
（ 山东 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ， 南 ２ ０ ６ ） 济 ５ ０ １
摘 要
碳化 硼 陶瓷具 有 高硬度 、 高熔点 和低 密度 的特点 ， 是优异 的 结构陶瓷 ， 民用 、 在 航
主要 的前提 条件 是 采用 ≤ ３ 的 超细 粉 末 ， 含 ｍ 低
氧量 ，２ ０ ２ ５ ℃～ ２ ５ ℃ 的温 度 范 围【 。部 分 Ｂ ３０ ２ ］ ４ Ｃ
收 稿 日期 ：２０ ０ ７—０ ９—２ ８
作 者 简 介 ： 君 。 于 １ ８ ． １男 ， 士 生 ， 王 出生 ９１１， 硕 主要 研 究 碳 化 硅 陶 瓷材 料 。
空和 军事等领 域都 得到 了重要 应 用。本 文综述 了无压 烧 结碳 化硼 陶瓷 的 国 内外研 究进 展 ， 阐
述 了不 同的 烧结助 剂 、 结温度 和颗 粒尺 寸等 因素 对碳 化硼 陶瓷性 能的影 响。 烧
关键 词 碳 化 硼 ； 压 烧 结 ； 结 助 剂 ； 结 温 度 ； 粒 尺 寸 无 烧 烧 颗
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高技术碳化硼陶瓷材料的无压烧结制备技术
碳化硼是硬度仅次于金刚石和立方氮化硼高技术陶瓷材料，由于其硬度高、密度低、耐磨性好、化学性能稳定和具有中子吸收性能，在机械、军工防护、核电站、化工和航天航空等领域具有广泛的用途，其主要产品有喷砂嘴、机械密封环、防弹衣、军工装备防护板、核屏蔽和核反应控制棒等。
目前碳化硼制品的生产大都是采用热压方法生产，热压产品的质量高，但成本高，而且受到尺寸的限制，只能做一些形状简单的制品，这严重制约着这种高技术陶瓷材料的推广和应用。
无压烧结（或常压烧结）法制得的碳化硼制品成本最低，质量适中，能制作形状复杂、尺寸较大的各种制品，是最有商品化前途的方法，是国内外企业所追求的技术。
国外发达国家碳化硼的生产和应用较广泛，而在我国碳化硼的应用起步较晚，目前仅有几个厂家能生产热压碳化硼产品，而且产品单一，仅在喷砂嘴方面有所应用，但随着科学技术的发展和社会进步，碳化硼制品的应用市场将越来越大，无压烧结碳化硼制品将具有十分优越的市场竞争力。
本项目已能在实验室制备出体积密度达2.47g/cm3的碳化硼陶瓷材料，这一指标已超过了国内外同类材料的水平。
本项目总投入500万元，将建设一个年产值2000万元，利税1000万元的高新技术企业。
成果转让方式：合作生产或技术转让。