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碳化硼陶瓷的制备方式

编辑:转载   文章来源:8455新葡萄娱乐   时间:2018-06-26

  碳化硼是一种有着许多优良性能的重要特种陶瓷。碳化硼的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼,尤其是近于恒定的高温硬度是其他材料无可比拟的,故成为超硬材料家族中的重要成员。在碳化硼中,硼与碳主要以共价键相结合,具有高熔点、高硬度、高模量、密度小、耐磨性好、耐酸碱性强等特点,并具有良好的中子、氧气吸取能力、较低的膨胀系数、热电性能,故广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、航天航空等领域。

  目前,用于抗弹陶瓷的结构陶瓷主要有氧化铝、碳化硅和碳化硼。其中,碳化硼是抗弹性能最优的装甲材料,目前用作飞机装甲材料和特殊用途防护结构。 氧化铝虽然综合防护系数最低,但因其成本最低,所以在护身装甲和装甲车辆方面获得较多的应用。碳化硼抗弹陶瓷无论是防护系数,还是成本都介于二者之间。 因而,降低碳化硼抗弹陶瓷材料的成本研究具有很强必要性和广阔的应用前景。


一、碳化硼陶瓷的制备方法

  1碳化硼粉末的合成

根据合成碳化硼粉末所采用的反应原理、原料及设备的不同,碳化硼粉末的工业制取方法主要有高温自蔓延合成法和碳管炉、电弧炉碳热还原法,近年来还出现了激光化学气相反应法、溶胶- 凝胶碳热还原法等。

1.1碳管炉、电弧炉碳热还原法

  这是合成碳化硼粉末最常用的方法,早在化学计量的B4C被确定(1934年)后不久,电炉生产工业碳化硼的研究即取得成功,碳化硼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入高温设备,例如碳管炉或电弧炉中,通以保护气体或N2在一定温度下合成碳化硼粉末。

1.2自蔓延高温合成法

  自蔓延高温合成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方法。由于此法制备碳化硼时多以镁作为助熔剂,故又称镁热法。与其他方法相比,具有反应温度较低、节约能源、反应迅速及容易控制等优点,所以合成的碳化硼粉的纯度较高且原始粉末粒度较细,一般不需要破碎处理,是目前合成碳化硼粉的较佳方法,缺点是反应物中残留的MgO必须通过附加的工艺洗去,且极难彻底除去。

1.3激光诱导化学气相沉积法

  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取而产生热分解或化学反应,经成核生长形成超细粉末。

1.4 溶胶- 凝胶碳热还原法

  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,再经热处理合成化合物的方法。由于提供硼源的硼化物很难与其他无机物或有机物形成凝胶,故用此法合成碳化硼粉的报道较少。

二、机械合金化法

  机械合金化是一种制备高性能合金的新工艺,其原理是通过高能球磨使原料粉末反复变形、焊合、断裂,各组分的原子相互扩散,形成新相,达到合金化的目的。该工艺具体是经过砂磨机研磨工艺后得到的。


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