碳化硼陶瓷的概述

碳化硼（B4C）是一種由硼和碳組成的堅(jiān)韌陶瓷材料。碳化硼實(shí)際上是已知最堅(jiān)硬的物質(zhì)之一，僅次于立方氮化硼和金剛石。它是一種用于許多重要應(yīng)用的共價(jià)材料，例如坦克裝甲、防彈背心和發(fā)動機(jī)破壞粉末。事實(shí)上，它是其他幾種工業(yè)應(yīng)用的首選材料。在本文中，您將大致了解什么是碳化硼及其優(yōu)點(diǎn)。

碳化硼是一種重要的化合物，具有典型的二十面體硼化物的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)。該化合物是在 19 世紀(jì)作為金屬硼化物反應(yīng)的副產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn)的。它的化學(xué)式直到 1930 年代才為人所知，當(dāng)時(shí)它的化學(xué)成分被估計(jì)為 B4C。該物質(zhì)的 X 射線晶體學(xué)顯示其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，由 CBC 鏈和 B12 二十面體混合而成。

碳化硼的特性包括其極高的硬度（莫氏硬度為 9.5-9.75）、對電離輻射的穩(wěn)定性、對化學(xué)反應(yīng)的抵抗力以及對中子的良好屏蔽性能。碳化硼的維氏硬度、彈性模量和斷裂韌性非常接近金剛石的相應(yīng)值。

由于它的硬度，碳化硼也被稱為黑金剛石。它還顯示出半導(dǎo)體特性，電子特性以跳躍型傳輸為主。它是一種 p 型半導(dǎo)體。由于其極高的硬度，它被認(rèn)為是一種耐磨的技術(shù)陶瓷材料，使其適合加工其他極硬的物質(zhì)。除了具有良好的機(jī)械性能和低比重外，它還非常適合制作輕型裝甲。

生產(chǎn)碳化硼陶瓷

碳化硼粉末可以通過熔融（包括用碳還原硼酸酐 (B2O3) 或通過鎂熱反應(yīng)（在炭黑存在下使硼酸酐與鎂反應(yīng)）在商業(yè)上生產(chǎn)。在第一個(gè)反應(yīng)中，產(chǎn)物形成在冶煉廠的中心變成一個(gè)相當(dāng)大的蛋形塊，這種蛋形材料被取出并粉碎，然后研磨成適合最終使用的粒度。

在鎂熱反應(yīng)的情況下，直接得到低粒度的化學(xué)計(jì)量碳化物，但它含有雜質(zhì)，包括高達(dá) 2% 的石墨。因?yàn)樗且环N共價(jià)鍵合的無機(jī)化合物，碳化硼很難在不同時(shí)??加熱和加壓的情況下燒結(jié)。因此，碳化硼通常優(yōu)選在真空或高溫（2100-2200°C）的惰性氣氛下使用精細(xì)和純粉末（<2μm）熱壓成致密形狀。

另一種生產(chǎn)碳化硼的方法是在接近碳化硼熔點(diǎn)的非常高的溫度（2300-2400°C）下進(jìn)行無壓燒結(jié)。為了幫助降低此過程中致密化所需的溫度，將氧化鋁、鉻、鈷、鎳和玻璃等燒結(jié)助劑添加到粉末混合物中。

碳化硼陶瓷的應(yīng)用

碳化硼有多種應(yīng)用，碳化硼可作為磨料和研磨劑，由于其硬度，粉末和糊狀碳化硼非常適合用作加工超硬材料的高材料去除率的研磨劑和研磨劑。碳化硼作為磨料和研磨劑的應(yīng)用常見于以下領(lǐng)域：

1、碳化硼粉末和漿料使耐磨碳化物金屬、有色金屬、鈦、陶瓷和硬質(zhì)塑料（如 PTFE）的表面加工變得容易。
2、碳化硼膏在商業(yè)上用于機(jī)器部件的研磨、工具、拉絲模具、線材導(dǎo)軌和各種模具的加工，氣缸套和運(yùn)行表面、閥門、閥座和噴射泵的表面處理等。

碳化硼用于陶瓷噴砂嘴：由于碳化硼具有出色的耐磨性，它是燒結(jié)形式的噴砂噴嘴的理想材料，即使與剛玉和碳化硅等非常硬的噴砂劑一起使用，它也具有均勻的噴砂功率、最小的磨損和更長的使用壽命。

碳化硼陶瓷用作防彈材料：與裝甲鋼和氧化鋁相比，碳化硼產(chǎn)生類似的防彈保護(hù)，但重量要輕得多。現(xiàn)代軍事裝備依賴于高硬度、抗壓強(qiáng)度、高彈性模量以及低重量。為此目的，與所有其他替代材料相比，碳化硼是更好的選擇。盡管碳化硼打擊面材料在受到高速子彈沖擊時(shí)表現(xiàn)得更像玻璃，但它不會影響其卓越的彈道性能，除非它們可能表現(xiàn)不佳的一些特定威脅。

綜上所述，碳化硼 (B4C) 是一種極其強(qiáng)大的磨料，其粉末用作制造碳化硼燒結(jié)部件的燒結(jié)和熱壓原料。它是繼金剛石和立方氮化硼之后已知的第三硬材料，這就是為什么它被稱為黑金剛石（由具有菱面體結(jié)構(gòu)的閃亮黑色晶體組成）。該材料今天具有各種工業(yè)應(yīng)用。