碳化硼粉末的真空热处理净化研究.docx

碳化硼粉末的真空热处理净化研究.docx碳化硼粉末的真空热处理净化研究李平';王永兰2,高积强,金志浩;(;)碳化硼以其优异的性能,如高硬度、高模量、低密度、高化学稳定性和高的中子吸收截面等,业已在现代高科技领域受到人们的极大关注。常被用来制造战斗机的装甲覆盖板、飞行员的防弹装甲;高速水流切割机的喷嘴、机械耐磨密封面、切削研磨工具;核反应堆控制棒和屏障材料;热电转换元件等⑴。而碳化硼这些性能的取得除与其制造过程有关夕卜,还与其成分有很大的关系。根据B-C相图可知,碳化硼是个成分可以在很宽范围内变化的单相化合物⑵,其制品的力学性能对碳化硼的成分(I3/C比)具有较强的依赖性。文献⑶指出,碳化硼的硬度(HV)和断裂韧度(Klc)只有在B/C=4时具有极大值,在B/C=4附近,随B/C的增大或减小,HV和Klc都呈现下降趋势。因此,为提高碳化硼制品的机械性能,获得很高的HV和KIC值,严格控制碳化硼粉末及具制品的化学成分将显得十分重要。冃前,丁业碳化硼粉末主耍是以硼酊和焦炭为原料,通过电弧熔炼法制得。因其反应不甚完全,炉内温度分布也不太均匀,导致其成分很不均匀。且含有一定量的13203、13、C等。尤其是游离的C、B,虽然在某些时候可促进粉末的烧结致密化过程,但过多的游离C、B含量,乂对研究其它添加剂对碳化硼粉末的烧结行为的影响带來不便。加Z,由于碳化硼粉末成分(B/C比)的不均匀性,若用不经均匀化、净化处理的碳化硼粉末添加B、C等添加剂烧结出来的碳化硼制品,可能造成其性能不均匀性。因此,对实验用工业碳化硼粉末的均匀化及净化就显得十分重要。例如,文献[4]报道,为研究B对碳化硼热压制品机械性能的影响,曾用浓硫酸与重珞酸钾溶液煮沸除去碳化硼粉末中的游离步。但是针对总硼与总碳比接近4,碳化硼的I3/C并不均匀,且含有游离C、B和13203的工业碳化硼粉末,为不使原始粉末中的B\C元素发生损失,本文采用真空加热净化的方法对其进行了处理,并对其净化过程和机理进行了分析探讨。,在真空碳管炉内进行热处理,炉内真空度大于1・33X10-2Pao温度测量采用光导纤维红外辐射测温仪,控温精度为±5°C。粉末粒径采用日本产SFA粒度分析仪进行测定,游离碳含量及碳化硼的品格常数利用X—射线衍射仪并参照文献[5]进行测定。—射线衍射结果图1为经过不同温度真空处理后的碳化硼粉末的X—射线衍射图谱。由图1可见,随处理温度的升高,其衍射谱中碳的d=,并H经1500-1600°C处理后,其衍射谱中碳的最强峰(d=)消失。当温度进一步升高到1700°C时,其衍射谱中乂出现碳的友=。—射线定量分析结果。由表1可见,随处理温度升高,粉末中游离碳含量下降,且在1500—1600°C处理后,粉末中的游离碳含量降低为零。l-l500V• 700^/2ci蛋](匚快忘戏化&射斥Mx・?J500X2"2dUu】6UUP-2tUiiiMlUV*1 转化刃槪末-的沖■就舎■/%U 疋莒規*受比;饕离豪左内职金族ZQ