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碳化硼的基本性质、合成及典型性能

http://www.momo35.com    来源:鑫地耐材    日期:2019-12-13

碳化硼是碳(C)和硼(B)化合物的总称,按照合作条件的不同生成B4C和B6C两种化合物,一般所说的碳化硼通常是指B4C。

一、碳化硼的基本性质

B4C属三方晶系,单位晶胞内有12个B原子和3个C原子,晶胞中C原子构成的连接立体对角线配置,C处于活动状态,可以被B原子所代替,形成置换固溶体,并有可能脱离晶格形成带有缺陷的高硼化合物。

B4C分子量52.25,含C21.74%,含B78.26%,通常呈灰暗色至黑色,密度2.519g/cm3,莫氏硬度9.36,显微硬度50GPa左右,仅次于金刚石和立方氮化硼,因此B4C粉具有非常高的研磨能力,其研磨效率可以达到金刚石的60%-70%,高于SiC50%,是刚玉研磨能力的1-2倍。

B4C熔点2450℃(分解)。在1000℃间的膨胀系数为4.5×10-6℃-1。导热系数在100℃时为121.4W/m·k,700℃时为62.79W/m·k。B4C主要作磨料磨具,热压B4C制品可用来作耐磨损、耐热部件,在耐火材料行业,B4C主要用作添加物,如添加到碳结合耐火材料中起抗氧化剂的作用,添加到不定型材料中提高坯体的强度和耐侵蚀性等。

二、碳化硼的合成与典型性能

工业上常用的合成B4C粉末的方法是用过量的碳还原硼酐:

2B2O3+7C→B4+6CO↑

合成反应可以在电阻炉或电弧炉中进行,在电阻炉中合成时,在低于B4C的分解温度下加热硼酐B2O3与碳C和混合物,即可得到含有很少游离C的B4C(有时含有游离硼1%-2%),是一种较好的合成方法,在电弧炉中合成时,由于电弧温度相当高,而B4C在2200℃左右即为分解为富碳相和硼,硼在高温时又会挥发而造成反应产物中含有大量游离C(20%-30%),故所得B4C的质量稍差。

以电弧炉合成B4C时通常采用硼酸(含量大于92%)、人造石墨(固定碳大于95%)和石油焦(固定碳大于85%)为原料,按反应式计算理论用量,硼酸的加入量比理论用量高2%左右,人造石墨和石油焦各占碳总加入量的50%,再比理论用量高3%-4%即可,将配好的三种原料在球磨机中混合,加入到电弧炉中于1700-2300℃下进行还原、碳化即可得到B4C,最后将熔块拣选并经洗涤、破碎、磨细、酸洗、沉降分级等工序即可得到各种粒度的B4C,下图为使市售B,的典型性能:

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