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碳化硼陶瓷粉体的制备工艺

文章出处:http://www.jundro.cn/taocigongyi_/154.html人气:303时间:2020-06-05

碳化硼陶瓷是一种硬度非常高的材料,分子式为B₄C,它还有一个“黑钻石”的美称。之所以被称为“黑钻石”是因为它的硬度非常高,它的硬度仅次于金刚石和氮化硼,因此要想对它进行深入加工,那是一件非常难的工作。关于碳化硼陶瓷的技术讲解我们分为三个阶段来详细说明,本文重要来介绍碳化硼陶瓷粉体的制备方法。
碳化硼的陶瓷粉体制备方法目前主要有自蔓延高温合成法、碳热还原法、先驱体转化法和激光诱导化学气相沉积法等,其中激光诱导化学气相沉积法和先驱体转化法多用于制备具有特殊形貌的碳化硼陶瓷粉体。
1、自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法英文缩写:SHS,这是一种运用化合物合成时产生的反应热效应,从而让复杂的化学反应持续下去的一种制备工艺。这一制备工艺往往要利用镁作为助熔剂,因此这种工艺也被称为“镁热法”。
这种工艺的特点是:①反应温度低,一般反应过程中的温度维持在(1273~1473K)。②节约能源,由于其反应温度低,可以节约大量能源。③反应迅速及容易控制,所以合成的碳化硼粉的纯度较高且原始粉末粒度较细(0.1~4μm),通过这种方式制备的碳化硼粉体通常无需再进行粉碎处理,这也是现在碳化硼粉体合成的最佳方式之一。虽然说这种方式有这么多的优点,但是他的不足之处还是很明显的,那就是在反应物中会有氧化镁的残留,而且要想彻底去除这种物质非常难。

碳化硼显微图

图1碳化硼陶瓷粉体电子显微图


2、碳热还原法
碳热还原法是另一种常用的碳化硼陶瓷粉体的合成方法,这种工艺流程一般是将单质硼与硼的花歌舞与碳粉以及含有碳的化合物以一定比例充分混合在一起,再将其放置在高温烧结炉中,并将Ar或N2等做为保护气体通入炉中,最后在设定好的温度下合成碳化硼粉体。这种工艺的具有过程简单且工艺成熟,制备稳定。但是通过这种方式制备的碳化硼陶瓷粉体往往会有粒度分布不钧的现象,另外这种方式能耗也比较大。

3、先驱体转化法
先驱体转化法也常常用在碳化硼陶瓷粉体的制备上,根据合成反应过程中是否加入氧元素可分为两类:无氧先驱体、无氧先驱体。无氧碳化硼先驱体转化法主要利用无氧硼源与碳源通过化学反应进行制备。含氧碳化硼先驱体转化法则由溶胶–凝胶法通过硼酸与多羟基碳源反应得到。其中含氧碳化硼陶瓷先驱体转化法是主流。采用这种方法制备的粉体,可使碳元素与硼元素在分子水平上均匀混合,能够制备出粒度分布十分均匀的粉体,同时能耗也不高。二无氧碳化硼陶瓷先驱体转化法则主要用于碳化硼纤维的制备,其主要含B、C与H三种元素。研究者采用6,6-(CH2)6(B10H13)2先驱体运用氧化铝模板法制备了φ250nm×25μm的碳化硼纳米纤维。

碳化硼粉体
图2 先驱体转化法制备碳化硼粉体电子显微图

碳化硼纳米纤维

图3 碳化硼纳米纤维

4、激光诱导化学气相沉积法
以上三种碳化硼陶瓷粉体制备的方法都已经详细介绍完毕,除了以上三种之外还有一种比较特殊的制备工艺,那就是激光诱导化学气相沉积法。这是一种利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热分解或化学反应,经成核生长形成超细粉体。具体是化合过程是以含有碳源及硼源的气体(BCl3、B2H6、CHCl3、CH4等)为原料,在激光的强烈辐射下,混合气体迅速加温并发生反应生成碳化硼纳米粉体颗粒与石墨、氯仿等挥发物以烟灰形态沉积在有微细孔的碳-铜栅格上,再经过一定的处理得到具有较高纯度的纳米级碳化硼粉体。目前,研究者以钕钇铝石榴石激光作为激光源,C6H6+BCl3为反应气体,制备出了石墨包覆B4C的纳米粉体,B4C粒度为14~33nm。
这种方法的最大优势是能够制备出高纯度的碳化硼粉体。此外它还能精确的控制反应区,可空性强等特点。
以上就为大家介绍了目前碳化硼陶瓷粉体制备的4种主要的制备工艺,下一篇文章我们将带大家来看看碳化硼陶瓷的烧结工艺,敬请期待!如果您还有碳化硅硼加工方面的问题可以拨打:13412856568咨询。

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