中國粉體網訊  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。

碳化硼的晶格結構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，因而其結構十分穩(wěn)定。但碳化硼密集的共價鍵讓其自擴散系數極低、晶界遷移困難，導致其燒結性能差，致密化困難、斷裂韌性低，極大限制了B₄C的應用范圍。由此，燒結便成了B₄C陶瓷制備中非常關鍵的一環(huán)。

碳化硼的晶體結構

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

無壓燒結

無壓燒結是在常壓下燒結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方法，這種方法生產成本低，在實際生產中可以大規(guī)模生產。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致密化較為困難，需要添加不同種類的燒結助劑，或者使用其他有效手段制備。

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

Cr₃C₂為燒結助劑。無壓燒結碳化硼，B₄C材料的密度隨Cr₃C₂含量和燒結溫度的提高而增加。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

熱壓燒結是一種應用較廣泛的燒結技術，與無壓燒結相比，熱壓燒結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助劑來降低燒結時使用的壓力、燒結溫度和減少燒結時間。

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℃溫度下熱壓燒結后，碳化硼陶瓷的綜合性能較好。

第二相粒子 ZrB₂。研究發(fā)現，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

放電等離子燒結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生產致密化制品，并且不會出現任何明顯的晶粒生長。由于純碳化硼粉末不易燒結致密化，為了在較低燒結溫度條件下制備高性能碳化硼陶瓷材料，添加不同燒結助劑制備碳化硼陶瓷受到不少國內外研究學者的關注。

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

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

其他燒結技術

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

微波燒結有燒結速度快、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、晶粒均勻分布的產品，且該技術能夠實現結構復雜的產品一次性成型。

制備碳化硼各燒結技術優(yōu)缺點對比

通過以上各個燒結技術的優(yōu)缺點對比，可以看出隨著燒結技術的發(fā)展，通過采用添加燒結助劑、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陶瓷的結構和性能，并且不斷完善和發(fā)展新的燒結技術，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：碳化硼材料的燒結致密化以及應用研究進展

（中國粉體網編輯整理/空青）

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