碳化硼陶瓷的概述

碳化硼（B4C）是一种由硼和碳组成的坚韧陶瓷材料。碳化硼实际上是已知最坚硬的物质之一，仅次于立方氮化硼和金刚石。它是一种用于许多重要应用的共价材料，例如坦克装甲、防弹背心和发动机破坏粉末。事实上，它是其他几种工业应用的首选材料。在本文中，您将大致了解什么是碳化硼及其优点。

碳化硼是一种重要的化合物，具有典型的二十面体硼化物的复杂晶体结构。该化合物是在 19 世纪作为金属硼化物反应的副产物被发现的。它的化学式直到 1930 年代才为人所知，当时它的化学成分被估计为 B4C。该物质的 X 射线晶体学显示其结构非常复杂，由 CBC 链和 B12 二十面体混合而成。

碳化硼的特性包括其极高的硬度（莫氏硬度为 9.5-9.75）、对电离辐射的稳定性、对化学反应的抵抗力以及对中子的良好屏蔽性能。碳化硼的维氏硬度、弹性模量和断裂韧性非常接近金刚石的相应值。

由于它的硬度，碳化硼也被称为黑金刚石。它还显示出半导体特性，电子特性以跳跃型传输为主。它是一种 p 型半导体。由于其极高的硬度，它被认为是一种耐磨的技术陶瓷材料，使其适合加工其他极硬的物质。除了具有良好的机械性能和低比重外，它还非常适合制作轻型装甲。

生产碳化硼陶瓷

碳化硼粉末可以通过熔融（包括用碳还原硼酸酐 (B2O3) 或通过镁热反应（在炭黑存在下使硼酸酐与镁反应）在商业上生产。在第一个反应中，产物形成在冶炼厂的中心变成一个相当大的蛋形块，这种蛋形材料被取出并粉碎，然后研磨成适合最终使用的粒度。

在镁热反应的情况下，直接得到低粒度的化学计量碳化物，但它含有杂质，包括高达 2% 的石墨。因为它是一种共价键合的无机化合物，碳化硼很难在不同时??加热和加压的情况下烧结。因此，碳化硼通常优选在真空或高温（2100-2200°C）的惰性气氛下使用精细和纯粉末（<2μm）热压成致密形状。

另一种生产碳化硼的方法是在接近碳化硼熔点的非常高的温度（2300-2400°C）下进行无压烧结。为了帮助降低此过程中致密化所需的温度，将氧化铝、铬、钴、镍和玻璃等烧结助剂添加到粉末混合物中。

碳化硼陶瓷的应用

碳化硼有多种应用，碳化硼可作为磨料和研磨剂，由于其硬度，粉末和糊状碳化硼非常适合用作加工超硬材料的高材料去除率的研磨剂和研磨剂。碳化硼作为磨料和研磨剂的应用常见于以下领域：

1、碳化硼粉末和浆料使耐磨碳化物金属、有色金属、钛、陶瓷和硬质塑料（如 PTFE）的表面加工变得容易。
2、碳化硼膏在商业上用于机器部件的研磨、工具、拉丝模具、线材导轨和各种模具的加工，气缸套和运行表面、阀门、阀座和喷射泵的表面处理等。

碳化硼用于陶瓷喷砂嘴：由于碳化硼具有出色的耐磨性，它是烧结形式的喷砂喷嘴的理想材料，即使与刚玉和碳化硅等非常硬的喷砂剂一起使用，它也具有均匀的喷砂功率、最小的磨损和更长的使用寿命。

碳化硼陶瓷用作防弹材料：与装甲钢和氧化铝相比，碳化硼产生类似的防弹保护，但重量要轻得多。现代军事装备依赖于高硬度、抗压强度、高弹性模量以及低重量。为此目的，与所有其他替代材料相比，碳化硼是更好的选择。尽管碳化硼打击面材料在受到高速子弹冲击时表现得更像玻璃，但它不会影响其卓越的弹道性能，除非它们可能表现不佳的一些特定威胁。

综上所述，碳化硼 (B4C) 是一种极其强大的磨料，其粉末用作制造碳化硼烧结部件的烧结和热压原料。它是继金刚石和立方氮化硼之后已知的第三硬材料，这就是为什么它被称为黑金刚石（由具有菱面体结构的闪亮黑色晶体组成）。该材料今天具有各种工业应用。