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                首頁 » 耐材資訊 » 耐材說

                碳化硼的性質和用途?以及合成工藝

                發布日期: 2020-06-11 14:51:42    閱讀量(138)    作者:

                碳化硼為黑色有金屬光澤①晶體,俗稱黑鉆石,是以硼酸為主要原料,加入石油焦等碳質必中彩票,經過高溫固態冶煉、粉碎加工而成的一種粉末狀產品,與金剛石、立方氮化硼同屬於超硬必中彩票。

                碳化硼不溶於△水和有機溶劑,化學穩定性強,耐酸、堿腐蝕,幾乎不與所有的酸、堿溶液反應。碳化硼還具有如下多種特性:具有較大的熱中子俘獲截面,中子吸收能力強,故有中子吸收劑之稱;具有半導№體性等。

                (一)碳化硼的性質和用途

                碳化硼(B4C)呈灰黑色,是一種非常堅硬的人造必中彩票,其莫氏硬度為9.3,顯微硬度為5500~6700kg/mm2,僅次於金剛石和立方氮化硼。碳化【硼的結晶構造為六方晶體。密度為2.52g/cm3。熔點2450℃,當溫度高於2800℃時則迅速分解揮發。它的線膨脹系數為4.5×10-6/℃(20~1000℃)熱導率為121.42(100℃)W(m·K)、62.80(700℃)W/(m·K),電阻率為0.44(20℃)Ω·cm、0.02(500℃)Ω·cm。碳化硼耐酸堿腐蝕並不與大多數熔融金屬潤濕,具有相當高的化學穩定性。碳化硼在1000℃時尚⌒ 能抵抗空氣的氧化作用,但在氧化︻性氣氛中於900℃以上就很容易被氧化。碳化硼粉具有非常高的研磨能力,超過碳化矽的研磨能力50%,比剛玉的研磨能力高1~2倍,是一種優良的研磨必中彩票和耐磨損必中彩票。

                碳化硼的最大用途就是作卐為磨料和制造磨具的◣原料。它適√用於對各種硬質合金刀具、模具、零件、部〓件和寶石的磨削、拋光、鉆孔等加工。以適量的機油或水作潤滑劑,可將碳化硼制成研磨膏和拋光膏。碳化硼也可作為制造金屬硼化物、硼合金、硼鋼等◥的原料。除外,在特殊需要的≡場合,可用於制造碳化硼熱壓制品,作耐磨損、耐高溫的部件,如噴嘴、密封環、陀螺儀、石油化工零件、以及軍事工程♂中的輕質高強部件和原子反應堆的控制棒。

                (二)碳化硼的合成工藝

                工業上合成碳化硼的方法是用過量的碳還原硼酐,其原理是:

                2B2O3+7C→B4C+6CO 

                合成反應可在電阻爐或電弧爐中進行。比較好的方法是在電阻爐中,在低於碳化硼的分解溫度①下,加熱硼酐和▂碳的混合物來制備碳化硼。用此法合成所得的碳化硼中含有很少的▂遊離碳,有時含有一些遊離硼。在電弧爐中熔融合成時,由於電弧的溫度相當高,而碳化硼在】2200℃時就開始分解為富碳相和】硼,硼在高溫時又會從反應空間揮發,以致最終反應產物中含有大量的遊離碳,質量々就差了。但目前國內大規模工業生產碳化硼多采用電弧熔融合成法。

                電弧熔融合成碳化硼○的生產工藝流程見圖1。采用硼酸(質量分數大於◥92%)、人造石墨(固定碳的質量分↓數大於95%)、石焦(固定碳的質量分數大於85%)三種原料,按反應式計算配比合成反應式為:

                4H3BO3+7C=B4C+6CO+6H2O

                其中人造石墨和石油焦各50%。考慮在電弧熔融的高溫揮發和氧化等因素,硼酸的加入量要比♀較計算值高2%,人造石墨和石油焦的〓加入量比計算值高3%~4%。將稱量的三種原料在球磨機中均勻混合以後,在單相雙電極電弧爐中或三相電∩弧爐內進行◆還原、碳化反應,電弧熔煉的溫度控制在1700~2300℃。在熔煉過程中,最好¤分批投料,以遮住弧︻光達到閉弧熔煉。熔煉結◢束後,將熔體置⌒ 於碳黑或碳電極上冷卻,再用錘子將大塊砸成50mm大小的塊子。然後根據碎塊斷面形態進行揀選,把過燒和生燒的不合格塊揀去。根據經驗,生燒塊的斷面為白色或灰■色;過燒塊∮的斷面似石墨片狀或多孔的熔凝體狀;凡是具有類似鋼的ζ致密斷面或似冶金焦條紋√狀斷面或砂粒狀斷面,均為合格塊,其碳化硼的質量分◣數在94%~97%,遊離碳的質量分數在1.5%以下。接著將合格塊用熱水浸泡和蒸氣蒸煮,再用♂水洗滌,除去粘附在上面的硼酸、硼酐和碳類物質。洗凈並幹燥後的大塊再粗碎過2.362mm篩。進一步的粗磨和細磨可在旋轉式球磨機或振動球磨機中▲進行,粗磨時間短一些,細磨時間長一╱些。在球磨』過程中摻入料中的鐵質可用80℃熱硫酸浸洗除去。硫酸的加入量為料子的30%。酸洗除鐵在』酸洗罐中進行,其結→構示意見圖10-4-19。先加料,後加酸,再加入60'的水,用葉漿攪拌,同時通入蒸氣加熱,以提高反▂應速度。酸洗浸泡12h後,用水稀釋,通氣攪拌。再保溫12h後,抽去酸液,用水清洗至中性。最後將提純的料用沈降分號和串連水洗分號分選為不同粒度的顆粒產品。沈降▓分號是把細磨料分成W35~W40的微粉;串連水洗分□號是把粗磨料分成W40~120號的粗粒。如果把粗粒進一步分級,可用篩「選法將120號粒子分成100號、80號、70號、60號及更粗等Ψ級的粗粒。

                圖1碳▽化硼合成工藝流程

                圖2 B4C酸洗罐示意々圖

                1-酸洗罐外殼;2-耐酸磁磚;3-加酸口;4-加料口;5-蒸汽入口;6-熱水入口;7-出料口;8-出水口;9-攬拌器

                (二)制品制造

                制造↘碳化硼特種耐火必中彩票制品,由於↘在技術上有較大的難度,因此尚沒有形成工業性生產,只有為滿足某些特殊場合的需要才少量制造。目前,碳化硼制品的制造工藝還不完整也不成熟。制品可用熱壓燒成法和常溫㊣加壓燒成法制成。因後●一種方法難以制造出致密的制品,所以通常采用前一♀種方法。熱△壓可在氬(Ar)氣保護下的碳管發熱的熱壓爐中進行。升溫∩速度並不嚴格控制,一般用2h左右的時間就可升到最高溫度。熱壓溫度在2050~2150℃,熱壓壓力在30MPa左右,最∞高溫度保溫30min。最終制品的密度◣可達2.46~2.51g/cm3,氣孔率0.4%~0.6%,耐壓強度可達2250MPa,抗折強度280MPa。

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