碳化硼陶瓷全解课件.ppt

《碳化硼陶瓷全解课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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31.1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=0.519nmc=1.212nm,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

2、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4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(莫氏硬度9.36,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(2.52g/cm3),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

3、(5.0x10-6K-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62.1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

4、，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72.2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，反应的方程式为:2H3BO3→B2O3+3H2O2B2O3+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

5、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82.3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(0.1μm一5μm)的B4C粉末。二、碳化硼粉末的制备92.4激光诱导化学气相沉积法(LICVD)以含有碳源及硼源的气体

6、(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102.5共还原法这是一种比较新的制各B4C的方法，它是将过量的金属钠与一定量的BBr3和CCI4;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

7、80μm,或者为直径约200nm、长约2.5μm的棒状微粒。反应式如下:CCl4+4BBr3+16Na→B4C+4NaCl+12NaBr活化烧结热等静压烧结常压烧结热压烧结碳化硼陶瓷的制备三、碳化硼陶瓷的制备三、碳化硼陶瓷的制备三、碳化硼陶瓷的制备123.1常压烧结碳化硼是共价键很强的陶瓷材料，共价键占90%以上，而且碳化硼的塑性差，品界移动阻力很大，固态时表面张力很小，从而决定了碳化硼是一种极难烧结的陶瓷材料。常压下进行烧结时，要想获得较高的烧结致密度，条件比较苛刻，如温度要接近碳化硼的熔点，粉末的比表面积不能低于5.2m2/g。纯碳化硼材料在常压下于2200℃

8、~2300