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碳化硼的根本性质、合成和性能
碳化硼是碳(C)和硼(B)化合物的总称,按照协作条件的不同生成B4C和B6C两种化合物,一般所说的碳化硼一般是指B4C。
一、碳化硼的根本性质
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原子构成的联接立体对角线配备,C处于活动状态,可以被B原子所替代,构成置换固溶体,并有或许脱离晶格构成带有缺点的高硼化合物。
B4C分子量52.25,含C21.74%,含B78.26%,一般呈灰暗色至黑色,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才干,其研磨功率可以达到金刚石的60%-70%,高于SiC50%,是刚玉研磨才干的1-2倍。
B4C熔点2450℃(分化)。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首要作磨料磨具,热压B4C制品可用来作耐磨损、耐热部件,在耐火材料行业,B4C首要用作添加物,如添加到碳结合耐火材料中起抗氧化剂的效果,添加到不定型材料中提高坯体的强度和耐侵蚀性等。
二、碳化硼的组成与典型功用
工业上常用的组成B4C粉末的方法是用过量的碳恢复硼酐:
2B2O3+7C→B4+6CO↑
组成反应可以在电阻炉或电弧炉中进行,在电阻炉中组成时,在低于B4C的分化温度下加热硼酐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%),是一种较好的组成方法,在电弧炉中组成时,由于电弧温度恰当高,而B4C在2200℃左右即为分化为富碳相和硼,硼在高温时又会蒸腾而形成反应产品中含有大量游离C(20%-30%),故所得B4C的质量稍差。
以电弧炉组成B4C时一般选用硼酸(含量大于92%)、人工石墨(固定碳大于95%)和石油焦(固定碳大于85%)为材料,按反应式核算理论用量,硼酸的参与量比理论用量高2%左右,人工石墨和石油焦各占碳总参与量的50%,再比理论用量高3%-4%即可,将配好的三种材料在球磨机中混合,参与到电弧炉中于1700-2300℃下进行恢复、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