碳化硼特性

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碳化硼热膨胀系数

碳化硼热膨胀系数

碳化硼热膨胀系数
碳化硼(BoronCarbide)是一种具有高硬度、高熔点和高
热导率的陶瓷材料。

对于热膨胀系数的定义,在物理学中通常
指的是材料随温度变化而引起的长度或体积的变化。

碳化硼的
热膨胀系数由于其晶体结构的特殊性质,会随着温度的变化而
发生改变。

碳化硼的热膨胀系数一般可以分为线膨胀系数和体膨胀系数。

线膨胀系数指的是材料在温度变化下,单位长度的长度变化量。

而体膨胀系数则是指材料在温度变化下,单位体积的体积变化量。

在常见的温度范围内(室温至高温),碳化硼的线膨胀系数
一般为4.5~6×10^(6)/°C,而体膨胀系数一般为8~
10×10^(6)/°C。

需要注意的是,碳化硼的热膨胀系数会随着温度的升高而略
微增大。

这是因为随着温度升高,晶体结构中原子的振动幅度
增大,从而导致晶体结构的展开,使得材料的尺寸发生变化。

总之,碳化硼的热膨胀系数在工程应用中是一个重要的物理
性质,对于设计和制造高温设备以及热能传导性能的考虑都具
有重要的影响。

新型铝碳化硼原料

新型铝碳化硼原料

新型铝碳化硼原料简介新型铝碳化硼原料是一种具有高温抗磨损性能和优异导热性能的复合材料,由铝、碳和硼元素组成。

它在航天、军事、能源等领域具有广泛的应用前景。

本文将从材料的特性、制备方法、应用领域以及未来发展方向等方面对新型铝碳化硼原料进行深入探讨。

特性1. 高温抗磨损性能新型铝碳化硼原料具有出色的高温抗磨损性能,能够在高温环境下长时间保持良好的磨损性能。

这得益于其硼元素对材料的硬度和抗磨性能的增强作用。

此外,其优异的热导性能也有助于降低高温下的摩擦产生的热量,提高材料的耐磨性。

2. 优异的导热性能铝碳化硼原料具有优异的导热性能,其导热系数高达130-180 W/m·K,远远高于传统的金属材料。

这使得它在导热领域有着广泛的应用前景,可用于制造高功率电子器件散热器、热管、热界面材料等。

3. 良好的机械性能新型铝碳化硼原料具有优异的机械性能,具有高强度和硬度,同时还具备较高的韧性和抗冲击性。

这使得它可以在恶劣环境下承受高压、高温和高速冲击等极端条件的作用,具有广泛的应用潜力。

制备方法1. 复合粉末冶金法复合粉末冶金法是一种常用的制备新型铝碳化硼原料的方法。

该方法通过先将铝、碳和硼等粉末按照一定的比例混合,然后经过球磨和热处理等工艺步骤,最终得到具有优异性能的新型铝碳化硼原料。

2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的制备新型铝碳化硼原料的方法。

该方法将铝和硼等化合物的蒸汽和甲烷等碳源的气体反应生成硼化物和碳化物,然后在高温下通过化学反应生成铝碳化硼原料。

应用领域1. 航天领域由于新型铝碳化硼原料具有高温抗磨损性能和优异的导热性能,它在航天领域有着广泛的应用。

可用于制造航天器的热控制设备、制导系统等,并可以在火箭发动机等高温高压环境中发挥重要作用。

2. 军事领域在军事领域,新型铝碳化硼原料可以用于制造坦克、战斗机等装备的重要部件。

其抗磨损性能和高强度使得其能够在强烈的摩擦和冲击下保持良好的工作状态,提高装备的使用寿命和性能。

混凝土中添加纳米碳化硼的力学性能和稳定性研究

混凝土中添加纳米碳化硼的力学性能和稳定性研究

混凝土中添加纳米碳化硼的力学性能和稳定性研究引言混凝土作为一种广泛使用的材料,其力学性能和稳定性一直是人们关注的焦点。

为了提高混凝土的力学性能和稳定性,研究者们一直在不断探索新的材料添加方式。

纳米碳化硼是一种新型的材料,具有较高的硬度和强度,被广泛应用于材料科学领域,因此将其添加到混凝土中成为了一种新的尝试。

本文将从纳米碳化硼的物理化学性质、混凝土中添加纳米碳化硼的方法和机理、纳米碳化硼对混凝土力学性能和稳定性的影响等方面进行详细的研究,以期为混凝土添加新型材料提供科学依据和理论支持。

第一部分纳米碳化硼的物理化学性质1.1 纳米碳化硼的定义纳米碳化硼是一种由碳和硼组成的化合物,其晶体结构为六方晶系。

纳米碳化硼具有优异的物理化学性质,如高硬度、高强度、高热导率和高电导率等。

1.2 纳米碳化硼的制备方法纳米碳化硼的制备方法主要包括高温热处理法、化学气相沉积法和机械合成法等。

其中,高温热处理法是一种比较常用的制备方法,该方法通过将碳和硼的原料在高温下反应,生成纳米碳化硼。

1.3 纳米碳化硼的应用纳米碳化硼具有广泛的应用前景,可以应用于高硬度材料、高强度材料、高温材料、电子材料等领域。

此外,纳米碳化硼还可以应用于混凝土中,以提高混凝土的力学性能和稳定性。

第二部分混凝土中添加纳米碳化硼的方法和机理2.1 混凝土中添加纳米碳化硼的方法混凝土中添加纳米碳化硼的方法主要包括直接混合法、表面修饰法和离子交换法等。

其中,直接混合法是最常用的方法,该方法将纳米碳化硼和混凝土原料直接混合,形成纳米碳化硼混凝土。

2.2 混凝土中添加纳米碳化硼的机理混凝土中添加纳米碳化硼可以提高混凝土的力学性能和稳定性。

其机理主要有以下几个方面:(1)纳米碳化硼可以填充混凝土中的微孔和微裂缝,从而减少混凝土中的孔隙率,提高混凝土的密实性和强度。

(2)纳米碳化硼可以与混凝土原料中的水泥反应,形成新的水化产物,增强混凝土的力学性能。

(3)纳米碳化硼可以通过吸附水泥颗粒表面的游离氧化钙和氧化镁等离子体,形成一层保护膜,防止混凝土中的水泥颗粒软化和膨胀。

2023年碳化硼行业市场分析现状

2023年碳化硼行业市场分析现状

2023年碳化硼行业市场分析现状碳化硼是一种重要的无机材料,具有高硬度、高熔点、优良的导热性和抗腐蚀性等特点,在工业生产和科研领域有广泛的应用。

该行业市场现状如下:一、全球市场概况:目前,全球碳化硼市场规模较大,主要分布在美国、欧洲、亚洲地区。

其中,美国是全球碳化硼的主要生产国和消费国,其市场规模相对较大,主要用于航空航天、国防军工等领域。

此外,中国也是碳化硼的重要生产国和消费国,市场需求较为旺盛。

由于碳化硼在高科技产业中的应用日益广泛,市场前景较为广阔。

二、行业发展趋势:1. 技术创新:随着科技的进步,碳化硼产品的研发和生产工艺不断改进,逐渐实现了规模化、高效率的生产。

同时,新型碳化硼材料的研究也在不断推进,如导电性碳化硼、多孔碳化硼等,这些材料的问世将拓宽碳化硼的应用范围。

2. 市场需求增加:随着全球工业化进程的不断推进,对碳化硼的需求也不断增加。

特别是在航空航天、电子信息、新能源等高科技产业领域,对高性能碳化硼材料的需求增长较为迅猛。

3. 绿色环保:在碳化硼行业中,环保成为一个重要的关注点。

近年来,人们对环境保护意识的增强,对碳化硼行业的发展提出了更高的要求。

因此,碳化硼企业在生产过程中要注重减少污染物的排放,探索清洁生产技术,提高资源利用率。

三、市场竞争格局:目前,碳化硼行业的全球市场竞争较为激烈,主要集中在美国、欧洲、中国等国家和地区。

这些地区拥有较为完善的碳化硼产业链,包括原材料供应、生产工艺、产品加工等环节。

此外,一些大型跨国公司也在全球市场上占据一定份额,如美国的3M、欧洲的Ube Industries等。

在中国的市场上,国内企业也在不断发展壮大,竞争也日益激烈。

四、行业面临的挑战:1. 市场价格波动:碳化硼的市场价格受到多种因素的影响,如原材料价格、产能过剩等。

这些因素会导致市场价格的不稳定,增加了企业经营的风险。

2. 技术壁垒:碳化硼的生产工艺技术相对较为复杂,需要高温高压等特殊条件下进行生产。

碳化硼

碳化硼

碳化硼科技名词定义中文名称:碳化硼英文名称:boron carbide定义:以碳化硼为主体的磨料。

应用学科:机械工程(一级学科);磨料磨具(二级学科);磨料(三级学科)百科名片碳化硼(boron carbide ),又名一碳化四硼,分子式为B4C,通常为灰黑色粉末。

俗称人造金刚石,是一种有很高硬度的硼化物。

与酸、碱溶液不起反应,容易制造而且价格相对便宜。

广泛应用于硬质材料的磨削、研磨、钻孔等。

目录1简介管制信息1名称1化学式1相对分子质量1性状1储存1用途1质检信息质检项目指标值理化常数物理化学性质制备1应用控制核裂变1研磨材料1涂层涂料1喷嘴1其他包装及储存简介管制信息本品不受管制名称中文名称:碳化硼英文别名:Boroncarbide,Tetraboroncarbide化学式B4C相对分子质量55.26性状坚硬黑色有光泽晶体。

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(d204)2.508~2.512。

熔点2350℃。

沸点3500℃。

储存密封保存。

用途防化学品陶器、耐磨工具制造。

质检信息质检项目指标值质检项目项目指标值含量(B4C) ≥90.0%游离炭及三氧化二硼和其它杂质总量≤10.0%理化常数名称;碳化硼IUPAC英文名Boron carbide别名B4-C、B4C、黑钻石、一碳化四硼CAS号12069-32-8化学式B4C摩尔质量55.255 g mol外观黑色粉状密度 2.52 g/cm (固)熔点2350 °C (2623.15 K)沸点>3500 °C (>3773.15 K)在水中的不可溶溶解度晶体结构菱方MSDS External MSDS主要危险有害,刺激性相关化学品氮化硼物理化学性质与酸、碱溶液不起反应,具有高化学位、中子吸收、耐磨及半导体导电性。

碳化硼烧结温度

碳化硼烧结温度

碳化硼烧结温度摘要:1.引言2.碳化硼的概述3.碳化硼烧结温度的影响因素4.碳化硼烧结温度的控制方法5.碳化硼烧结温度对性能的影响6.结论正文:【引言】碳化硼(B4C)是一种具有高硬度、高热导率、高抗热震性和化学稳定性的陶瓷材料。

由于其优异的性能,碳化硼被广泛应用于航空航天、核工业、化工、电子等领域。

在碳化硼的制备过程中,烧结温度的控制对其性能和结构具有重要影响。

本文将对碳化硼烧结温度的影响因素、控制方法以及对性能的影响进行探讨。

【碳化硼的概述】碳化硼是由硼元素和碳元素组成的一种化合物,属于四方晶系。

其结构中,硼原子与碳原子通过共价键形成四面体结构,具有很高的熔点(约2400℃)和热稳定性。

碳化硼的硬度非常高,仅次于金刚石,且具有良好的热导率、抗热震性和化学稳定性。

【碳化硼烧结温度的影响因素】碳化硼烧结温度的影响因素主要包括以下几点:1.碳化硼的成分:碳化硼中硼和碳的比例会影响烧结温度,一般认为,硼碳比为1:4 时,烧结温度较低。

2.碳化硼的粒度:粉末的粒度会影响烧结过程中的传热和传质,粒度越细,烧结温度越高。

3.烧结气氛:烧结气氛会影响碳化硼的烧结温度,不同的气氛下,烧结温度有所差异。

4.烧结设备:不同的烧结设备,其烧结温度的控制精度和稳定性不同,也会影响碳化硼的烧结温度。

【碳化硼烧结温度的控制方法】为了获得理想的碳化硼性能,需要对烧结温度进行精确控制。

常见的控制方法包括:1.选择合适的烧结气氛:根据气氛对烧结温度的影响,选择合适的气氛以降低烧结温度。

2.控制烧结设备:选用高精度的烧结设备,以保证烧结温度的稳定性和一致性。

3.优化烧结工艺:通过调整烧结过程中的温度分布、升温速率等参数,实现对烧结温度的控制。

【碳化硼烧结温度对性能的影响】碳化硼烧结温度对材料性能有重要影响,主要表现在以下几个方面:1.硬度:烧结温度越高,碳化硼的硬度越大。

2.热导率:烧结温度对热导率的影响不明显,但过高的烧结温度可能导致晶体结构破坏,从而影响热导率。

中国碳化硼产业现状

中国碳化硼产业现状

.中国碳化硼产业现状一、碳化硼的性质及用途从1893年研究所制造出碳化硼到现在已经有一百多年的历程,碳化硼从不被人们所熟悉到应用于多个领域,从电阻炉试验到电弧炉生产,从卧式炉冶炼演变成立式炉冶炼,从世界的需求量从几吨到几千吨,国内的产量也由几十吨/年发展到上万吨/年,碳化硼发展的如此迅速让硼行业刮目相看。

碳化硼为黑色粉末,莫氏硬度9.36,微氏显微硬度49Gpa仅次于金刚石;粉末常用于硬质合金、宝石等硬质材料的磨削和抛光,具有非常高的研磨能力,是理想的最硬的人造磨料之一;碳化硼具有很好的化学稳定性,能抵抗酸、碱腐蚀,因而作为抗腐蚀材料制成耐酸、碱零部件;碳化硼耐高温,熔融温度高达2450℃是耐热制品和高级耐火材料的重要原料;碳化硼是高性能结构陶瓷和复相超硬、超高温陶瓷的原料,常制造成耐磨损喷砂嘴、水射流喷嘴、机械密封环、泥浆泵的柱塞、高温叶轮等;由于硬度高而密度为2.52g/cm3,所以其陶瓷制品也用于航天高级装备防护上,在直升飞机、防弹装甲、防弹衣、舰船涂层方面普遍应用;碳化硼具有良好的中子吸收性能,目前已广泛用于核工业原子能反应堆的屏敝板和中子吸收芯块。

由于碳化硼在机械研磨、耐火、化工、工程陶瓷、核工业和军事等不同领域方面应用,碳化硼质量也有一定的差别,它们的用量又在不断增加,因此批量生产的碳化硼不得不对其主要的原料硼酸提出不同的要求、从而开始了硼酸的选择使用。

二、我国碳化硼生产现状我国现有的碳化硼生产厂主要分布在黑龙江的牡丹江、黑河、大连、内蒙古通辽等地。

主要生产企业有大连金玛科技产业有限公司、牡丹江金钢钻碳化硼精细陶瓷有限公司等。

据不完全的统计,国内现有碳化硼冶炼能力可达10000-12000吨/年,碳化硼加工能力不超过8000吨/年。

实际上各厂都没有满负荷生产,现有的产品几乎一半外销。

近几年碳化硼产量波动在国内年需求2400-3000吨和国外年需求3000-3500的水平,其中耐火材料和混合原料用量的比例远远大于研磨和工程陶瓷的用量。

碳化硼熔点

碳化硼熔点

碳化硼熔点
碳化硼熔点是指碳化硼在加热过程中从固态转变为液态的温度。

碳化硼是一种非常重要的陶瓷材料,具有高硬度、高熔点、高热导率、低热膨胀系数等优良性能,因此被广泛应用于高温、高压、高速等极端环境下的工业制造和科学研究领域。

碳化硼的熔点非常高,达到了约2450℃,是一种高熔点陶瓷材料中的佼佼者。

这也是碳化硼被广泛应用于高温环境下的原因之一。

在高温下,许多材料都会发生熔化或者软化,而碳化硼的高熔点使其能够在高温下保持稳定的性能,不易发生变形或者熔化。

碳化硼的高熔点也使其成为一种重要的耐火材料。

在高温炉膛中,许多材料都会因为高温而熔化或者软化,而碳化硼的高熔点使其能够承受高温环境下的腐蚀和磨损,保持稳定的性能。

因此,碳化硼被广泛应用于高温炉膛、高温熔炼、高温反应等领域。

除了高熔点之外,碳化硼还具有许多其他优良性能。

例如,碳化硼的硬度非常高,比钢铁还要硬,因此被广泛应用于制造高硬度的切削工具、磨料和陶瓷零件等。

此外,碳化硼的热导率也非常高,是金属的两倍以上,因此被广泛应用于制造高效的散热器和热传导材料等。

碳化硼的熔点是其优良性能之一,使其能够在高温、高压、高速等极端环境下保持稳定的性能。

碳化硼的高熔点也使其成为一种重要
的耐火材料和高硬度材料,被广泛应用于工业制造和科学研究领域。

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碳化硼特性B4C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 B4C,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B13C2 、B13C3、B4C和其它接近于B13C3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-67GPa),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:2B203+5Mg+2C=B4C+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-B4C。

并研究了其微观组织,结果表明:由于Mg的高挥发性,B203-Mg-C体系燃烧产物显微组织受到环境气压的影响,B4C的晶粒尺寸受到气压的显着影响,高压下生成的B4C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B4C粗粉法,以BCI3、H2及CH4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=B4C。

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B4C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 21900C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 9850C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 A1203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95%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。

SiC是常用的增韧B4C的增强体,目前已经有人用先驱体法增韧,采用聚碳硅烷先驱体裂解法,在1900℃热压制备纳米SiC/AI203/B4C复合材料,可形成一种复杂的晶内/晶间结构,强度为,韧性为·m1/2,维氏硬度为。

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