碳化硼-立方氮化硼復合陶瓷的高壓制備及性能研究

張曾琪, 王麗娟, 王方標

(牡丹江師范學院 黑龍江省省級重點超硬材料實驗室,黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

碳化硼陶瓷(B4C)作為硬度(>30 GPa)僅次于金剛石、立方氮化硼的工程陶瓷材料,具有熔點高(2 450 ℃)、密度小(2.52 g/cm3),而且在高溫下仍然具有較大的抗拉強度、優越的抗氧化侵蝕能力[1-5],在航空航天、屏蔽材料、輕質裝甲、磨料、拋光介質和耐磨材料等多個領域得到了廣泛的應用[6-8]。然而,碳化硼作為一種共價鍵陶瓷,共價鍵含量高達90%以上并且比表面積小,其自擴散系數極低,燒結活性小,造成晶界遷移困難。溫度只有在接近熔點時,燒結擴散才能明顯發揮作用,這使得碳化硼陶瓷的斷裂韌性低,致密化困難,極大限制了其應用范圍。

將碳化硼與其他材料進行復合能夠有效提高復合材料的斷裂韌性、致密度、降低燒結溫度。根據復合材料的種類可以分為碳化硼/單質復合陶瓷、碳化硼/氧化物復合陶瓷、碳化硼/硼化物復合陶瓷、碳化硼/碳化物復合陶瓷[9]。碳化硼/單質復合陶瓷又可以分為金屬單質和非金屬單質。金屬單質包括Al、Cu、Mg、Fe、Cr、Ni等,由于其硬度較低但韌性好,與碳化硼復合能有效提高碳化硼復合陶瓷的斷裂韌性。非金屬單質有C、Si、B等,能夠與碳化硼表面的氧化膜反應,活化碳化硼顆粒、抑制碳化硼顆粒過度生長,提高碳化硼復合陶瓷的致密度、斷裂韌性但降低了硬度。碳化硼/氧化物復合陶瓷常見的有碳化硼-氧化鋁復合陶瓷等,氧化物的引入能夠降低燒結溫度、提高材料的致密度、斷裂韌性但會降低硬度。碳……