碳化硼的根本性质、使用及其化学稳定性

碳化硼晶体为菱面体结构，晶格归于D3d5-R3m空间点阵。其菱面体结构如图7所示，可描述为一立方原胞点阵在空间对角线方向上延伸，在每一角上构成适当规则的二十面体。平行于空间对角线，就变成六方标志的c轴，由三个硼原子与相邻的二十面体互相衔接组成线性链。因此，单位晶胞包含12个二十面体方位，三个方位位于线性链上。假如B原子被认为是因为二十面体造成的方位，C原子看成处于线性链上，那么B12C3的化学核算即为B4C。

1、碳化硼的基本性质及其使用

1)低密度

B4C的密度较小，为2.52g/cm3。在匀相区内，密度和碳含量的关系可有经历公式(9)表明为：

ρ=2.4224+0.00489C%(9)

因为碳化硼的低密度，在得到较高的致密度的情况下，其功能能够达到碳化硼的标准高强、高硬度等优良的功能，因而能够作为轻质装甲，以减轻坦克等车体重量，节约能耗。

2)硬度与耐磨性

B4C具有超硬度以及极高的耐磨性，在匀相区内，B4C的维氏硬度跟着C含量的添加而添加。当碳含量为10.6%时，硬度为29.1GPa;当碳含量为20%时，硬度21可达37.7GPa。在高温时其硬度仍然很高(>30GPa)。硬度随温度变化可由经历公式(10)表明：

H=H0-exp(-aT)(10)

式中：H0—为常温时硬度；

T—为温度；

a—为与含碳有关的常数。

此公式适用于20~1700℃。需求指出的是，B4C是世界上最硬的资料之一，仅次于金刚石和立方BN。

B4C的耐磨性跟着温度的升高而添加，在20~1400℃范围内，冲突系数跟着温度升高而下降，在1400℃左右降到0.05，冲突率也不断降低。B4C以其超硬度和冲突特性已被用作喷沙嘴。金刚石的喷嘴以及水利喷射切割器的喷嘴，等耐磨资料；在军事上被广泛使用于坦克、飞机等的装甲资料[39,40];跟着技能的进步，高精度研磨的需求添加，B4C日益显现其优越性，近年来，其用量一直在不断添加，一起，B4C还能够用来研磨硬质合金、陶瓷及宝石硬质资料，冲突用游离磨料或超声波加工这些超硬资料用的磨料，可是同欧美比较我国在这方面用量还很少。

3)热膨胀系数及比热容

碳化硼熔点为2450℃，沸点为3000℃，热膨胀系数为5.73×10-6/℃(28~1770℃)，比热容核算公式(11)：

C=22.99+5.40×10-3T-10.72×105T-2(11)

2、化学稳定性

碳化硼是最稳定的化合物之一，在600℃以下不易产生氧化反响；而温度在600℃以上时，因为外表氧化成B2O3薄膜，阻止了B4C的进一步被氧化。所以B4C现在被用作耐火资料中的抗氧化剂。常温下B4C一般不与化学试剂反响；800℃以上时B4C与Br构成三溴化合物；高温下B4C与金属氧化物反响生成金属硼化物和一氧化碳，所生成的FeB薄膜具有很高的显微硬度(HV=24GPa)和抗磨损度。所以B4C能够被用于钢铁及合金的硼化。