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碳化硼的理化常數

發布時間：

2018-03-27 14:16

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碳化硼晶體為菱面體結構，晶格歸于D3d5-R3m空間點陣。其菱面體結構如圖7所示，可描述為一立方原胞點陣在空間對角線方向上延伸，在每一角上構成適當規則的二十面體。平行于空間對角線，就變成六方標志的c軸，由三個硼原子與相鄰的二十面體互相銜接組成線性鏈。因此，單位晶胞包含12個二十面體方位，三個方位位于線性鏈上。假如B原子被認為是因為二十面體造成的方位，C原子看成處于線性鏈上，那么B12C3的化學核算即為B4C。 1、碳化硼的基本性質及其使用 1)低密度 B4C的密度較小，為2.52g/cm3。在勻相區內，密度和碳含量的關系可有經歷公式(9)表明為： ρ=2.4224+0.00489C%(9) 因為碳化硼的低密度，在得到較高的致密度的情況下，其功能能夠達到碳化硼的標準高強、高硬度等優良的功能，因而能夠作為輕質裝甲，以減輕坦克等車體重量，節約能耗。 2)硬度與耐磨性 B4C具有超硬度以及極高的耐磨性，在勻相區內，B4C的維氏硬度跟著C含量的添加而添加。當碳含量為10.6%時，硬度為29.1GPa;當碳含量為20%時，硬度21可達37.7GPa。在高溫時其硬度仍然很高(>30GPa)。硬度隨溫度變化可由經歷公式(10)表明： H=H0-exp(-aT)(10) 式中：H0—為常溫時硬度； T—為溫度； a—為與含碳有關的常數。 此公式適用于20~1700℃。需求指出的是，B4C是世界上最硬的資料之一，僅次于金剛石和立方BN。 B4C的耐磨性跟著溫度的升高而添加，在20~1400℃范圍內，沖突系數跟著溫度升高而下降，在1400℃左右降到0.05，沖突率也不斷降低。B4C以其超硬度和沖突特性已被用作噴沙嘴。金剛石的噴嘴以及水利噴射切割器的噴嘴，等耐磨資料；在軍事上被廣泛使用于坦克、飛機等的裝甲資料[39,40];跟著技能的進步，高精度研磨的需求添加，B4C日益顯現其優越性，近年來，其用量一直在不斷添加，一起，B4C還能夠用來研磨硬質合金、陶瓷及寶石硬質資料，沖突用游離磨料或超聲波加工這些超硬資料用的磨料，可是同歐美比較我國在這方面用量還很少。 3)熱膨脹系數及比熱容 碳化硼熔點為2450℃，沸點為3000℃，熱膨脹系數為5.73×10-6/℃(28~1770℃)，比熱容核算公式(11)： C=22.99+5.40×10-3T-10.72×105T-2(11) 2、化學穩定性 碳化硼是最穩定的化合物之一，在600℃以下不易產生氧化反響；而溫度在600℃以上時，因為外表氧化成B2O3薄膜，阻止了B4C的進一步被氧化。所以B4C現在被用作耐火資料中的抗氧化劑。常溫下B4C一般不與化學試劑反響；800℃以上時B4C與Br構成三溴化合物；高溫下B4C與金屬氧化物反響生成金屬硼化物和一氧化碳，所生成的FeB薄膜具有很高的顯微硬度(HV=24GPa)和抗磨損度。所以B4C能夠被用于鋼鐵及合金的硼化。

碳化硼是碳（C）和硼（B）化合物的總稱，按照協作條件的不同生成B4C和B6C兩種化合物，一般所說的碳化硼一般是指B4C。 一、碳化硼的根本性質 B4C屬三方晶系，單位晶胞內有12個B原子和3個C原子，晶胞中C原子構成的聯接立體對角線配備，C處于活動狀態，可以被B原子所替代，構成置換固溶體，并有或許脫離晶格構成帶有缺點的高硼化合物。 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，顯微硬度50GPa左右，僅次于金剛石和立方氮化硼，因此B4C粉具有非常高的研磨才干，其研磨功率可以達到金剛石的60%-70%，高于SiC50%,是剛玉研磨才干的1-2倍。 B4C熔點2450℃（分化）。在1000℃間的膨脹系數為4.5×10-6℃-1。導熱系數在100℃時為121.4W/m·k，700℃時為62.79W/m·k。B4C首要作磨料磨具，熱壓B4C制品可用來作耐磨損、耐熱部件，在耐火材料行業，B4C首要用作添加物，如添加到碳結合耐火材料中起抗氧化劑的效果，添加到不定型材料中提高坯體的強度和耐侵蝕性等。 二、碳化硼的組成與典型功用 工業上常用的組成B4C粉末的方法是用過量的碳恢復硼酐： 2B2O3+7C→B4+6CO↑ 組成反應可以在電阻爐或電弧爐中進行，在電阻爐中組成時，在低于B4C的分化溫度下加熱硼酐B2O3與碳C和混合物，即可得到含有很少游離C的B4C（有時含有游離硼1%-2%），是一種較好的組成方法，在電弧爐中組成時，由于電弧溫度恰當高，而B4C在2200℃左右即為分化為富碳相和硼，硼在高溫時又會蒸騰而形成反應產品中含有大量游離C（20%-30%），故所得B4C的質量稍差。 以電弧爐組成B4C時一般選用硼酸（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%）為材料，按反應式核算理論用量，硼酸的參與量比理論用量高2%左右，人工石墨和石油焦各占碳總參與量的50%，再比理論用量高3%-4%即可，將配好的三種材料在球磨機中混合，參與到電弧爐中于1700-2300℃下進行恢復、碳化即可得到B4C,最后將熔塊揀選并經洗滌、破碎、磨細、酸洗、沉降分級等工序即可得到各種粒度的B4C

近年來，牡丹江市活躍發展新資料工業，現已初具規?！幸幧掀髽I48戶，占工業比重7%左右，產品首要包含硬質資料、特種纖維及復合資料、新式化工原料、新式建筑功用資料4大系列。 牡丹江礦藏資源儲量豐厚，現已發現各類礦藏80種，已探明儲量礦藏41種，占黑龍江省的47.1%，占全國的17.5%。具有豐厚的煤炭、油頁巖等能源資源，鐵、銅、金等金屬資源，石墨、矽線石、硅灰石、方解石、石英砂、耐火粘土、玄武巖、花崗巖、珍珠巖、浮石、火山灰、大理石等非金屬資源。 通過近年來的發展，牡丹江市新資料工業產品種類已由單一的碳化硼發展為碳化硅、碳化硼、工業硅、特種陶瓷資料及制成品等幾十個種類。碳化硼粉體資料占國際市場的40%、國內市場的80%；工業制成品80%出口，占國際市場的15%、國內市場的80%。牡丹江是國際綠碳化硅粉體資料的最大出口基地，年出口量2萬多噸，占國際市場的60%。牡丹江特種資料工業基地被認定為國家高新技能工業化基地，成為黑龍江省三個國家高新技能工業化基地之一。牡丹江市也是我省石墨重要的主產區，全市已探明石墨礦石儲量達2.4億噸，“十三五”期間將方案建設3個石墨深加工項目。 牡丹江還活躍推動新資料研發，已成為國家科技部確定的國家“863方案”特種資料工業基地。金鋼鉆碳化硼公司設有博士后流動工作站和省級企業技能中心。晨曦碳化硼公司與中國科學院上海硅酸鹽研究所建立了產學研聯盟。具有省造紙工業研究所、硬質合金研究所等多家研發組織。牡丹江師范學院新式碳基功用與超硬資料省重點實驗室，現有博士、碩士33人，承擔省部級以上科研項目25項，取得國家專利3項，首要從事金剛石膜及相關資料、低維資料、電子功用資料的應用研究。

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