碳化硼陶瓷的真空烧结工艺

碳化硼是一种重要的特种陶瓷,它具有许多优异的性能,获得了广泛的应用。碳化硼具有一系列优良的性能∶如密度低、硬度高、化学性质稳定。同时碳化硼还有很强的吸收中子的能力。 基于这些优良的特性,碳化硼在许多领域得到了广泛的应用。主要应用有结构材料、化学原料、电性能、核性能、复合陶瓷5个方面。

碳化硼作为结构材料的应用

这是碳化硼材料在工业上的最主要的应用领域,一方面,碳化硼被用作磨料。从粒度为1im的粉末到直径为10mm的小球工业上均有应用,例如将碳化硼用作其他硬质材料如硬质合金、工程陶瓷的抛光、精研或粉碎过程的研磨材料,取代原来使用的金刚石磨料,可以大大降低研磨过程的成本。另一方面,通过粉末冶金的方法制取耐磨、耐腐蚀的碳化硼器件,在许多领域取得了较好的应用效果,例如,碳化硼器件可用作气动滑阀、热挤压模、原子能发电厂冷却系统的轴颈轴承。用作陶瓷气体涡轮机中的耐腐蚀、耐摩擦器件。喷砂嘴及高压喷水切割的喷嘴。碳化硼还是长寿命陀螺仪中优异的气体轴承材料。由于碳化硼对铁水稳定及导热性好,可以用作机械工业连续铸模。又由于碳化硼材料能抗强酸腐蚀和抗磨损,可用作火箭液体发动机燃料的流量变送器轴尖。另外外敷碳化硼材料还可用作切削刀刃、研钵、捣锤等。碳化硼还可用作直升机的轻质装甲防弹背心等。

碳化硼作为化学原料的应用

碳化硼粉受卤素活化,可用作钢或其他合金的硼化剂在钢表面渗硼,以生成硼化铁薄层增强材料的强度和耐磨性。碳化硼还可用作一些金属基摩擦材料的非金属添加剂。在还原一化合法制取硼化物粉末时,碳化硼作为硼源,可制得TiB2,ZrB2,CrB2等粉末,称为制取粉末的“碳化硼法”。

碳化硼的电性能应用

碳化硼一石墨热电偶由石墨管、碳化硼棒以及两者之间的氮化硼衬套组成。在惰性气体和真空中,使用温度高达2200℃。在600~2200℃之间,电势差与温度线性关系良好。

碳化硼的核性能应用

在核反应堆堆芯组件中,中子吸收材料(控制棒、调节棒、事故棒、安全棒、屏蔽棒)是仅次于燃料元件的重要功能元件。碳化硼的中子吸收截面高,吸收能谱宽,价格低,原料来源丰富,吸收中子后没有强的射线二次辐射,从而废料易于处理。 因此碳化硼是一种重要的中子吸收材料。

碳化硼复合陶瓷

碳化硅具有很好的力学和物理性能,包括高的比强度、比模量、好的抗腐蚀性和抗热冲击性、低的密度和热膨胀系数等。同时向碳化硅中添加适量的碳化硼可获得更为致密的烧结体,复合陶瓷在降低碳化硼陶瓷烧结条件的同时,能较好地保持碳化硼陶瓷优异的物理机械性能。B4C-SiC陶瓷被认为是一种具有广泛应用前景的高温耐蚀、耐磨材料,已在工业喷嘴、泵的密封以及热挤压模等领域获得应用。

碳化硼陶瓷的制备

碳化硼陶瓷的主要制备工艺是粉末制备、成型和烧结这一典型粉末冶金工艺。成型和烧结方法主要有常压烧结、热压、活化烧结等,无压烧结和热压烧结是制备纯碳化硼陶瓷常用的方法。通过高温的真空烧结炉来制得理想的碳化硼陶瓷制品。

碳化硼的烧结制备

碳化硼是一种共价键很强的化合物,因此烧结性能非常差,不加任何添加剂的无压烧结温度大约在2300℃左右。以Al,Si作为烧结助剂时,可以在2050℃进行常压烧结得到碳化硼陶瓷。

不含助剂的无压烧结碳化硼陶瓷材料是一种适用于大批量生产形状复杂零件的工艺方法,对于粉末通常用添加烧结助剂的方法改善碳化硼的烧结行为,获得更为廉价、实用的碳化硼制品。

烧结设备选择:SIMUWU公司生产的RVS系列真空烧结炉是适用于包括碳化硼,碳化硅陶瓷在内的真空烧结炉。具有温度均匀性好,密封性好,真空度高等优点,是进行碳化硼陶瓷加工的理想产品。