中國粉體網(wǎng)訊  碳化硼（B₄C）具有高熔點、超高硬度,、低密度,、耐磨損和耐腐蝕等獨特的優(yōu)異性能，在國防,、核能,、航空航天、機械,、耐磨損技術等領域,，正日益顯示出其廣闊的應用前景,。

碳化硼的晶格結(jié)構(gòu)可看作立方點陣在空間對角線方向上延伸在每一角形成的規(guī)則二十面體，因而其結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定,。但碳化硼密集的共價鍵讓其自擴散系數(shù)極低,、晶界遷移困難，導致其燒結(jié)性能差,，致密化困難,、斷裂韌性低，極大限制了B₄C的應用范圍,。由此,，燒結(jié)便成了B₄C陶瓷制備中非常關鍵的一環(huán)。

碳化硼的晶體結(jié)構(gòu)

目前碳化硼陶瓷主要通過燒結(jié)法制備,，B₄C陶瓷的燒結(jié)工藝主要包括無壓燒結(jié),、熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等技術,。

無壓燒結(jié)

無壓燒結(jié)是在常壓下燒結(jié)陶瓷制品的一種方法,，也是最簡單和應用最廣泛的一種燒結(jié)方法，這種方法生產(chǎn)成本低,，在實際生產(chǎn)中可以大規(guī)模生產(chǎn),。B₄C粉末對碳化硼陶瓷性能的影響極為關鍵，但純的碳化硼無壓燒結(jié)致密化較為困難,，需要添加不同種類的燒結(jié)助劑,，或者使用其他有效手段制備。

碳作燒結(jié)助劑,。采用無壓燒結(jié),，用碳作燒結(jié)助劑制備碳化硼陶瓷：當碳的質(zhì)量分數(shù)為3%時，其相對密度為92.7%,，抗彎強度高達403MPa,。

Cr₃C₂為燒結(jié)助劑。無壓燒結(jié)碳化硼,，B₄C材料的密度隨Cr₃C₂含量和燒結(jié)溫度的提高而增加,。2100℃和2150℃溫度下，當Cr₃C₂含量大于25%時,，碳化硼材料的密度可達95%,。

添加二氧化鋯（ZrO₂）。加入ZrO₂后,，能增加燒結(jié)樣品的硬度,，不管二氧化鋯的量添加多少，硬度值均為30~31.5GPa,。

熱壓燒結(jié)

熱壓燒結(jié)是一種應用較廣泛的燒結(jié)技術,，與無壓燒結(jié)相比,，熱壓燒結(jié)可以在相同的溫度下獲得致密性更高的制品。其通常在陶瓷配方組成中加入燒結(jié)助劑來降低燒結(jié)時使用的壓力,、燒結(jié)溫度和減少燒結(jié)時間,。

GdB₆作為添加助劑。隨著 GdB₆ 添加量（2%~8%）的增加,，碳化硼材料的硬度增加,，致密化程度提高，但抗彎強度降低,。

Si₃N₄作為燒結(jié)助劑,。采用工業(yè)碳化硼粉末為原料，采用水基流延成型和熱壓燒結(jié)方法成功制備出碳化硼陶瓷,。

采用粒徑為1.5μm的粉末,。在1950℃溫度下熱壓燒結(jié)后，碳化硼陶瓷的綜合性能較好,。

第二相粒子 ZrB₂,。研究發(fā)現(xiàn)，添加第二相粒子ZrB₂（含量20wt.%）對碳化硼陶瓷性能較好,，其密度,、硬度,、抗彎強度,、斷裂韌性均有所提高。

放電等離子燒結(jié)

放電等離子燒結(jié)被廣泛應用于制造各種新型材料,，可用于在相對較低的溫度和較短的時間內(nèi)生產(chǎn)致密化制品,，并且不會出現(xiàn)任何明顯的晶粒生長。由于純碳化硼粉末不易燒結(jié)致密化,，為了在較低燒結(jié)溫度條件下制備高性能碳化硼陶瓷材料,，添加不同燒結(jié)助劑制備碳化硼陶瓷受到不少國內(nèi)外研究學者的關注。

氧化鋁作燒結(jié)助劑,。添加氧化鋁以及放電等離子燒結(jié)技術的應用有利于碳化硼陶瓷的致密化,。

也有研究者以Y₂O₃為燒結(jié)助劑，同樣采用放電等離子燒結(jié)技術制備碳化硼,，在1350-1500℃的范圍內(nèi),，可以制備出接近完全致密的碳化硼陶瓷。

其他燒結(jié)技術

目前,，制備碳化硼除了無壓燒結(jié),、熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等較為常見的方法以外,，還發(fā)展了微波燒結(jié),、熱等靜壓燒結(jié)等先進高效的燒結(jié)方法,。

微波燒結(jié)有燒結(jié)速度快、操作過程簡單方便,、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點,，是一種活化燒結(jié)技術，有利于晶粒均勻生長,，可提高制品的致密化程度,。因此，微波燒結(jié)被認為是一種將碳化硼生坯快速致密化為陶瓷塊的可行方法,。

熱等靜壓燒結(jié)是一種工藝簡單,、低成本的制備技術，可以制備出高密度,、高強度,、晶粒均勻分布的產(chǎn)品，且該技術能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)復雜的產(chǎn)品一次性成型,。

制備碳化硼各燒結(jié)技術優(yōu)缺點對比

通過以上各個燒結(jié)技術的優(yōu)缺點對比,，可以看出隨著燒結(jié)技術的發(fā)展，通過采用添加燒結(jié)助劑,、優(yōu)化粉體顆粒等方法,，使得碳化硼陶瓷的優(yōu)異性越來越突出。未來仍需要按照實際使用環(huán)境的要求,，來改善B₄C陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能,，并且不斷完善和發(fā)展新的燒結(jié)技術，從而不斷降低其制造成本,，提高其可靠性和強韌性,，使碳化硼陶瓷這種優(yōu)異的工程材料獲得更廣泛的應用。

參考資料：

鄧如意等：碳化硼陶瓷燒結(jié)技術額研究進展

姚萬凱等：碳化硼復合陶瓷增強增韌研究進展

鄒鑫等：碳化硼材料的燒結(jié)致密化以及應用研究進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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