
碳化硼(B4C),是一種非常堅硬的人造無機非金屬材料,其莫氏硬度為9.36,顯微硬度為5500~6700kg/mm2,僅次于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℃,線膨脹系數為4.5×10-6/℃(20~1000℃),熱導率為121.42W/(m·K)(100℃)、62.80W/(m·K)(700℃),電阻率為0.44Ω·cm(20℃)、0.02Ω·cm(500℃)。碳化硼不溶于水和有機溶劑,化學穩定性強,耐酸、堿腐蝕,幾乎不與所有的酸、堿溶液反應,在1000℃時尚能抵抗空氣的氧化作用,具有相當高的化學穩定性。
碳化硼具有非常高的研磨能力,是一種優良的研磨材料和耐磨損材料,其研磨能力超過碳化硅50%,比剛玉的研磨能力高1~2倍。同時,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。
碳化硼的主要用途包括:
(1)精細高 級的研磨材料
碳化硼粉體的研磨效率極高,因此常作為研磨介質用于藍寶石、陶瓷、刀具、軸承、硬質合金等硬質材料的磨削、研磨、鉆孔及拋光中。尤其是在藍寶石晶體加工方面,碳化硼是最理想的研磨材料。
(2)工業特種陶瓷材料
碳化硼粉末經高溫熱壓燒制的噴砂嘴、密封環、噴管、軸承、泥漿泵的柱塞、研杵和火箭發射架等耐磨件和結構件以其高硬度、耐高溫和優越的彈性模量等特點被廣泛應用于機械、航空航天、國防、電子、和汽車等行業。
(3)核工業屏蔽和控制材料
碳化硼材料具有較大的熱中子俘獲截面,因此具有極好的吸收中子和抗輻射性能,被國際公認推薦為最佳的核反應堆的控制材料和屏蔽材料。在快中子增殖堆和高溫氣冷堆這兩種先進堆型的控制材料和屏蔽材料的選擇上,碳化硼已得到成功應用。
(4)碳化硼防彈裝甲
碳化硼材料具備高硬度、高強度、高韌性和低密度的“三高一低”特性,特別適合在輕質防彈裝甲中使用,如武裝直升機、坦克、裝甲運兵車、艦船及單兵人體防護。其不僅能最大限度減輕戰斗單元的重量,發揮戰術機動性,而且防彈性能穩定,可明顯提高惡劣條件下的戰場生存率。
(5)碳化硼耐磨合金粉末
將碳化硼粉末同金屬結合生成以金屬為基的合金粉末。經過這種材料做特殊的表面處理,使原有的機械零部件更加耐磨損且抗酸堿腐蝕性增強,可提高機械零部件的壽命。
(6)高 級耐火材料
碳化硼具有耐高溫、抗氧化的特性,可做為抗氧化添加劑用于高 級耐火材料,其可以使產品致密化,阻止含碳耐火材料中碳的氧化,降低氣孔率。常在鋼鐵工業中用于耐高溫,耐沖刷的關鍵部位。
(7)化工行業添加劑
碳化硼化學性能穩定,與酸、堿溶液不起反應,具有高化學位,所以被大量用于生產其它含硼材料,如硼化鋯、硼化鈦、鹵化硼、氮化硼、金屬硼化物、元素硼、硼化氫等。
(8)火箭固體燃料添加劑
除氫和硼外,碳化硼也屬于高能化合物,可應用于高溫熱點轉換,以粉末狀態作為傳送火箭的固體燃料添加劑。