碳化硼陶瓷参数整理2019.6.3

碳化硼陶瓷参数整理
一、物理性能
密度：2.52g/cm³
熔点：2450℃
沸点：3500℃
显微硬度：4980kg/mm²
显微硬度：55GPa~67GPa
莫氏硬度：9.36
弹性模量：450GPa
抗弯强度：≥400MPa
二、碳化硼粉体制备
1、硼碳元素直接合成法
将纯硼粉和石焦油(或其他碳粉)按化学计量比B/C约为4:1配制，均匀混合，在真空或保护气氛下加热至1700℃~2100℃混合物发生反应生成B4C。

4B+C→B4C。

生产效率低下，不适合工业化生产。

2、硼酐干碳热还原法
工业上一般采用碳还原硼酸(或硼酐)的方法制备B4C。

将硼酐或硼酸碳混合均匀，在电弧炉中加热至1700℃~2300℃合成。

2H3BO3→B2O3+3H2O
2B2O3+7C→B4C+6CO
3、自蔓延高温合成法(SHS)
自蔓延高温合成法是利用化合物合成时自身产生的反应热，使反应持续进行下去的一种工艺。

由于采用此法制各碳化硼时以镁作为助熔剂，因而得名“镁热法”。

将碳粉、B2O3和镁粉混合均匀，在1000℃~1200℃按下式进行反应:
2B2O3+6Mg+C→B4C+6MgO
4、激光诱导化学气相沉积法(LICVD)
以含有碳源及硼源的气体(BCl3,B2H6,CHCl3,CH4等)为原料，在激光辐照的条件下，混合气体之间发生反应生成B4C纳米颗粒，经过一定的处理后可以得到具有较高纯度的碳化硼纳米粉。

三、碳化硼陶瓷制备
1、常压烧结
序号添加剂B4C粒度烧结温度产品性能
1碳4wt%时在2150℃和下常压下
烧结
获得95％的相对密度
2Al、Mg或TiB2
加5-10wt.％
在2150~2250℃致密度达到99%
3Al2O3；加3wt.%于2150℃下
保温15分钟
到理论密度的96％，平
均晶粒尺寸约为7μm，
4
亚微米TiO2(添加量
10-30wt.%)和碳粉
(添加量1-6wt.%)，
粒径为0.63μm的
B4C粉
1900-2050℃温度下常
压烧结，保温1h，
致密度达到99%以上的
B4C-TiB2复相陶瓷，
材料的抗弯强度和断裂
韧性分别达到513MPa
和 3.71MPa·m1/2
B4C的无压烧结可制备形状复杂制品，但往往造成晶粒过度生长且含有3-7Vol.%的气孔率，因此材料
的强度和韧性偏低(σf IC≤3MPa·m1/2)。

而采用热压烧结技术，可获得致密度更高和力学性能更好的B4C陶瓷。

2、热压烧结
序号添加剂B4C粒度烧结温度及压力产品性能
1/平均粒径为1.21μm
的B4C粉末和
自由碳含量为
3.13wt.%，
热压压力和温度分别为
30-35MPa和
2000-2100℃时
B4C烧结体的相对
密度为92-98%，晶粒尺
寸为3-5μm，抗弯强度
为400-500MPa
2Al2O3添加量为
3-5vol.%，
为1.3μm的B4C粉
末
在2000℃和30MPa压
力下烧结，保温1h
烧结致密度达到98%以
弯曲强度约550MPa，
韧性3.8MPa·m1/2
3
4
3、热等静压烧结
采用热等静压(HIP)烧结碳化硼，可无需添加剂而达到致密化，并且获得细晶显微结构和高的弯曲强度。

成功地采用特殊氧化硼玻璃包套填充亚微米级纯B4C粉，于1700℃以上，200MPa压力下保温60min，制得相对密度达到100%的B4C陶瓷，其三点抗弯强度达到714MPa、韦伯摸数m为8.3。

目前工业化热等静压烧结用的包套材料还有困难，这是因为通常使用的金属或玻璃包套会与B4C发生反应。

通常是先进行无压烧结得到无开口连通气孔的B4C，再进行热等静压处理来消除剩余的闭口气孔，达到完全致密化，热等静压处理温度在1950-2050℃。

四、其它厂家碳化硼陶瓷板参数
1、*******
2、********特陶
3、陶瓷材料的性质对其防弹性能的影响
4、典型防弹陶瓷的性能对比。