强制扩散传质无压烧结制备B4C陶瓷的研究

碳化硼（B4C）具有高硬度、低密度、耐腐蚀、良好的吸收中子能力等优良的物理化学性能，在现代高技术工业、国防军工和核电技术等领域具有举足轻重的地位和广阔的应用前景。但受目前粉体质量以及B4C极低的自扩散系数的影响，无压烧结制备纯相碳化硼陶瓷十分困难，限制了其应用。为解决上述问题，本项目创新性地提出通过BN和C固相反应制备C含量不同的非化学计量比的高烧结活性碳化硼超细粉体，在此基础上以富硼和富碳型碳化硼混合粉体为原料，辅以适量的碳调节组分，利用非化学计量比碳化硼颗粒的内在晶格缺陷以及二者间固相反应所伴随的强制扩散传质过程有效提高烧成过程中的扩散传质速率，同时结合碳的助烧作用实现材料的无压烧结。本项目的开展有望在一定程度上促进我国B4C陶瓷生产技术进步和性能水平提升，形成具有自主知识产权的B4C超细粉体制备技术和无压烧结技术。对于推动我国B4C材料的发展具有重要的意义。

本项目首先通过氮化物转化法，合成了超细碳化硼粉体。然后结合各种类型的烧结助剂，实现了碳化硼陶瓷的无压致密化。最后，本项目还开展了利用热压烧结和放电等离子烧结制备碳化硼陶瓷。主要的研究结果如下：.（1）以六方氮化硼和炭黑为原料在1900℃小保温5小时真空条件下合成了超细碳化硼粉体，粉体的粒径在100 nm左右。探讨了反应温度、反应气氛和碳源对反应过程的影响。合成的粉体具有较好的烧结活性，热压的纯相碳化硼陶瓷致密度达到97.9%。.（2）以Al-Si或者Ti-Si作为添加剂，研究了在无压烧结条件下添加剂的含量、比例以及烧结温度对碳化硼致密化和显微结构的影响。以7 wt.%的Al-Si为添加剂，在2250℃保温1小时得到了相对密度为97.5%的碳化硼陶瓷；以5.75 wt.%的Ti-Si为添加剂，在2250℃保温1小时得到了相对密度为95.9%的碳化硼陶瓷。.（3）通过热压烧结以5.75 wt.% Ti-Si为添加剂在2000℃制备了碳化硼陶瓷，样品相对密度达到99%以上。通过SPS烧结以25wt%的B-C为添加剂在1800℃的温度制备了碳化硼陶瓷，样品相对密度达到99.2%。.本项目实施过程中，共发表了10篇SCI收录的论文，申请了2项发明专利。通过本项目的开展，形成了具有自主知识产权的碳化硼超细粉体制备技术和无压烧结技术，一定程度上促进我国碳化硼陶瓷生产技术进步和性能水平提升。