中國粉體網(wǎng)訊 碳化硼（B4C）具有高熔點(diǎn)、超高硬度、低密度、耐磨損和耐腐蝕等獨(dú)特的優(yōu)異性能，在國防、核能、航空航天、機(jī)械、耐磨損技術(shù)等領(lǐng)域，正日益顯示出其廣闊的應(yīng)用前景。
碳化硼的晶格結(jié)構(gòu)可看作立方點(diǎn)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(kuò)散系數(shù)極低、晶界遷移困難，導(dǎo)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(yīng)用范圍。由此，燒結(jié)便成了B4C陶瓷制備中非常關(guān)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(shù)。
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(yīng)用最廣泛的一種燒結(jié)方法，這種方法生產(chǎn)成本低，在實(shí)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(guān)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(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，其相對密度為92.7%，抗彎強(qiáng)度高達(dá)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(dāng)Cr3C2含量大于25%時，碳化硼材料的密度可達(dá)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(yīng)用較廣泛的燒結(jié)技術(shù)，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(qiáng)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(qiáng)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(yīng)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(xué)者的關(guān)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(shù)的應(yīng)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(shù)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(shù)
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(jìn)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(diǎn)，是一種活化燒結(jié)技術(shù)，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(rèn)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(shù)，可以制備出高密度、高強(qiáng)度、晶粒均勻分布的產(chǎn)品，且該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品一次性成型。
制備碳化硼各燒結(jié)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比
通過以上各個燒結(jié)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對比，可以看出隨著燒結(jié)技術(shù)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(shí)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(shù)，從而不斷降低其制造成本，提高其可靠性和強(qiáng)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(yīng)用。
參考資料：
鄧如意等：碳化硼陶瓷燒結(jié)技術(shù)額研究進(jìn)展
姚萬凱等：碳化硼復(fù)合陶瓷增強(qiáng)增韌研究進(jìn)展
鄒鑫等：碳化硼材料的燒結(jié)致密化以及應(yīng)用研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
