碳化硼陶瓷.ppt

汇报人:王东、冀学洋
碳化硼陶瓷制备技术的研究进展
目录
Contents
一
碳化硼简介
二
氮化硼粉末的制备
四
氮化硼的应用
三
氮化硼陶瓷的制备
五
一、碳化硼简介
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碳化硼到底是什么?
碳硼化合物粉末最初是在1858年作为制备金属硼化物的副产品被发现的,1883年Joly鉴定了B3C粉末;1894年Moissan确定了B6C粉末;化学计量的B4C直到1934年才被确定。不久,电炉生产B4C粉末取得成功。碳化硼为菱面体,品格属于D3d5-R3m空间点阵,品格常数a= c=, a=66°18',其结构可描述为一立方原胞点阵在空间对角线方向上延伸,在每一角上形成相当规则的二十面体,目前可被广泛接受的碳化硼模型是:B11C组成的二十面体和C-B-C链构成的菱面体结构。
一、碳化硼简介
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碳化硼是引人注意的陶瓷材料,碳化硼最突出的特点就是其具有的超常硬度(,显微硬度达到55GPa~67GPa),其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼,此外,碳化硼还具有密度小(),熔点高(2450℃),高温强度高,化学稳定性好(常温下碳化硼一般不与化学试剂反应,仅在氢氟酸一硫酸、氢氟酸一硝酸混合物中有缓慢的侵蚀,是化学性质最稳定的化合物之一),良好的中子吸收能力,极好的热电性能(140s·m-1,室温),较低的膨胀系数(-6K-1)等特点,因此,碳化硼可以用于制备防弹装甲、切割刀具、特种耐酸碱侵蚀材料、热电偶以及原子反应堆控制和屏蔽材料等。此外,由于其具有的良好性能,也有研究人员开始了碳化硼涂层的研究。
二、碳化硼粉末的制备
碳化硼粉末
的制备
共还原法
激光诱导化学气相沉积法
自蔓延高温合成法(SHS)
硼酐干碳热还原法
硼碳元素直接合成法
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硼碳元素直接合成法
根据B-C相图,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。其反应方程式为:
4B+C → B4C
本方法可以严格控制B/C,但生产效率低下,不适合工业化生产。
二、碳化硼粉末的制备
二、碳化硼粉末的制备
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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,反应的方程式为:
2H3BO3 → B2O3+3H2O
2B2O3+7C → B4C+6CO
由于硼酸和硼酐分别在低温和高温下有较大的挥发性,所以需要加入过量的硼酸和硼酐,才能获得高纯和稳定的碳化硼粉。
采用电弧熔炼法产量大,由于电弧炉内温度分布不均匀,因而得到的碳化硼粉末成分波动较大,电弧炉中制得的碳化硼一般含有较高的硼和碳。
反应也可以在电阻炉中进行,电阻炉温度均匀,控温准确,可以制得接近化学计量比的B4C粉末。
二、碳化硼粉末的制备
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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
此反应为强烈放热反应,最终产物用硫酸或盐酸酸洗,然后用热水洗涤,可获得纯度较高且粒度较细()的B4C粉末。
二、碳化硼粉末的制备
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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。
论文报道以铷钇铝石榴石激光作为激光源,C6H6和BCl3为反应气体,制备出了石墨包覆B4C的纳米粉末,B4C粒度为14nm~33nm。
二、碳化硼粉末的制备
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共还原法
这是一种比较新的制各B4C的方法,I4;装入铁制试管内,置于反应釜中,在450℃保温8h后冷却至室温。将产物先后用无水乙醇、稀盐酸、蒸馏水洗涤并干燥。产物为斜方六面体型B4C粉末,其平均粒径为 80 μm,或者为直径约 200 nm、长约 μm的棒状微粒。反应式如下:
CCl4+4BBr3+16Na → B4C+4NaCl+12NaBr