碳化硼的基本性質、合成及典型性能

2020-12-05 鑫地耐材

碳化硼是碳（C）和硼（B）化合物的總稱，按照合作條件的不同生成B4C和B6C兩種化合物，一般所說的碳化硼通常是指B4C。

一、碳化硼的基本性質

B4C屬三方晶系，單位晶胞內有12個B原子和3個C原子，晶胞中C原子構成的連接立體對角線配置，C處於活動狀態，可以被B原子所代替，形成置換固溶體，並有可能脫離晶格形成帶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，顯微硬度50GPa左右，僅次於金剛石和立方氮化硼，因此B4C粉具有非常高的研磨能力，其研磨效率可以達到金剛石的60%-70%，高於SiC50%,是剛玉研磨能力的1-2倍。

B4C熔點2450℃（分解）。在1000℃間的膨脹係數為4.5×10-6℃-1。導熱係數在100℃時為121.4W/m·k，700℃時為62.79W/m·k。B4C主要作磨料磨具，熱壓B4C製品可用來作耐磨損、耐熱部件，在耐火材料行業，B4C主要用作添加物，如添加到碳結合耐火材料中起抗氧化劑的作用，添加到不定型材料中提高坯體的強度和耐侵蝕性等。

二、碳化硼的合成與典型性能

工業上常用的合成B4C粉末的方法是用過量的碳還原硼酐：

2B2O3+7C→B4+6CO↑

合成反應可以在電阻爐或電弧爐中進行，在電阻爐中合成時，在低於B4C的分解溫度下加熱硼酐B2O3與碳C和混合物，即可得到含有很少游離C的B4C（有時含有游離硼1%-2%），是一種較好的合成方法，在電弧爐中合成時，由於電弧溫度相當高，而B4C在2200℃左右即為分解為富碳相和硼，硼在高溫時又會揮發而造成反應產物中含有大量游離C（20%-30%），故所得B4C的質量稍差。

以電弧爐合成B4C時通常採用硼酸（含量大於92%）、人造石墨（固定碳大於95%）和石油焦（固定碳大於85%）為原料，按反應式計算理論用量，硼酸的加入量比理論用量高2%左右，人造石墨和石油焦各佔碳總加入量的50%，再比理論用量高3%-4%即可，將配好的三種原料在球磨機中混合，加入到電弧爐中於1700-2300℃下進行還原、碳化即可得到B4C,最後將熔塊揀選並經洗滌、破碎、磨細、酸洗、沉降分級等工序即可得到各種粒度的B4C，下圖為使市售B,的典型性能：

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