5.4碳化物陶瓷摘要.ppt

再结晶碳化硅辊棒与横梁 碳化硅涡轮转子 碳化硅密封件与滑动轴承 二、 B4C陶瓷 B4C的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高温硬度(30GPa)是其他材料无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。 在B4C中，硼与碳主要以共价键相结合(90%)，具有高熔点、高硬度、高模量、容重小(2.52g·cm-3)、耐磨、耐酸碱腐蚀等特点，并具有良好的中子、氧气吸收能力，较低的膨胀系数(5.0x10-6K-1)、良好的热电性能，是一种重要的结构陶瓷材料。 1.B4C粉末的制备方法 (1) 硼碳元素直接合成法 将纯硼粉和石油焦(或其他炭粉)按严格化学计量比的B4C的配制，混合均匀，在真空或保护气氛下在1700~2100℃反应生成B4C。其反应式为 4B + C = B4C 根据热力学数据计算，此反应可以自发进行；但由于固相反应的反应激活能大，必须在较高温度下才能使反应物发生活化，并得到B4C。本方法合成B4C的B/C比可严格控制，但生产效率低，不适合工业化生产。 (2) 硼酐碳热还原法 工业上采用过量碳还原硼酐(或硼酸)的方法合成B4C。将硼酐(或硼酸)与石油焦或人造石墨混合均匀，在电弧炉或电阻炉中1700～2300℃合成，反应式为： 2B2O3 + 7C = B4C + 6CO 4H3BO3 + 7C = B4C + 6H2O + 6CO 将合成得到的B4C粗碎、磨粉、酸洗、水洗，再用沉降法得到不同粒度的粉料。 电弧熔炼法产量大，但由于电弧炉内温度分布不均，造成合成B4C的成分波动较大，同时由于电弧熔炼法合成温度较高(高于2200℃)，存在B4C的分解，B会以B2O3的形式大量挥发，所得到的B4C含有大量游离碳，可高达20～30％； 在电阻炉中，可以控制在较低的温度合成，以避免B4C的分解，所得到的B4C含有很少量的游离碳，但有时会存在约1～2％的游离硼。还可以以高于化学计量比的B/C的组成来合成B4C，也能有效降低产物中的残留C。 (3) 镁热还原法 将碳粉、过量50％的B2O3和过量20％的镁粉混合均匀，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(0.1~ 5μm)的B4C粉末。 2. B4C陶瓷的性能及应用 1）碳化硼--精细高级的研磨材料。由于碳化硼研磨效率高，作为研磨介质主要用于材料的磨细工艺中，如：宝石、陶瓷、刀具、轴承、硬质合金等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光等。 2）碳化硼--工业陶瓷材料的首选。由碳化硼粉末压制成的制品：喷砂嘴、密封环、喷管、轴承、泥浆泵的柱塞和火箭发射架、军舰、直升飞机的陶瓷途层等作为一种新型材料，具有高熔点、高硬度、高弹性模量、耐磨力强、自润性好等特点而被广泛用于喷砂机械、电子、信息、航空航天、汽车等行业。 3）碳化硼屏蔽和控制材料--核工业的安全保障。碳化硼材料由于其具有较大的热中子俘获截面，具有极好的吸收中子和抗辐射性能，被国际公认推荐为最佳的核反应堆的控制材料和屏蔽材料。 4）碳化硼防弹装甲--增强国防力量。由于强度高、比重小、特别适合在轻质防弹装甲中使用，如飞机、车辆、舰船和人体的防护。 5）碳化硼合金粉末--提高机械零部件的寿命。将碳化硼粉末同金属结合生成金属为基的合金粉末。经过这种材料做特殊的表面处理，使原有的机械零部件更加耐磨损且抗酸碱腐蚀性增强。 6）碳化硼特种吸收体--提供能力遨游太空。? 有：“黑金子”之称的碳化硼，以粉末状态应用在能源上，作为传送火箭的固体燃料。 7）碳化硼添加剂--化工行业的好伙伴。? 由于化学性能稳定，碳化硼与酸、碱溶液不起反应，具有高化学位，所以被大量用于生产其他含硼材料，如硼化锆、硼化钛等。 8）碳化硼--高级耐火材料必不可少。? 由于碳化硼具有抗氧化、耐高温的特性，被用作高级的定形和不定形耐火材料广泛应用在冶金各个领域，如钢铁炉具、窑具等。 三、TIC陶瓷 原料制备：在工业上生产TiC，一般是使用TiO2与碳黑在高温下（反应温度在1800~2000℃ ）短时间内反应而得到TiC，其反应化学方程式如下： 2TiO2+ C→Ti2O3+CO Ti2O3+C→2TiO+CO TiO+ 2C→TiC+CO 性能：TiC属面心立方晶型，熔点高。TiC陶瓷强度较高，导热性较好，硬度大，化学稳定性好，不水解，高温抗氧化性好(仅次于SiC)，在常温下不与酸起反应，但在硝酸和氢氟酸的混合酸中能溶解，于1000℃