碳化硼 材料化合物 首次被 人们发现 是在 １ ８年 ， ５ ８ １８ ５年首次出现在 文献 中，１ ９ ８ ４年由 Ｈ． ｉｓ ｎ 在 ８ Ｍｏｓｏ 实验 中合 成成 功 。当时 ，人们并 不十 分清 楚这 种化 合
物 的具体 成分 和结 构 ，而只 是猜 想为 一 系列成 分各 异 的化合物 （ Ｃ、ＢＣ ） Ｂ 。直 到 ｌ ３ ９ ４年 ，经过大量 的基
Ａｌ 、 Ａ１ Ｂ ， ， ０ Ｆ 、 ｅ Ｃ、 Ｃ 、 Ｍ ｇ、 Ｍｇ 、 Ｎａ ｉ ｅ ｔ ｒ Ｆ， Ｓ ｌ ａ 、Ｓ 、 ｉ ｉ
过 提 高烧 结 密度 、细 化 晶粒 等基 本途 径 可 以明显 地 改 善强 度 ，但 断 裂韧性 增 加 不 大 ，这 与单 相材 料 本身 的
总 之 ，碳化 硼材 料 能否 在 工程 下得 到更 广泛 的应
用 取决 于 三 个基 本 问题 的解 决 ： ①烧 结温 度 的 降低 ； ②强 度和 断 裂 韧性 的 提 高 ；
③抗 氧化 行 为 的改 善 。 结 构决 定性 能是 自然 界永恒 的定律 。对 新 型 Ｂ Ｃ
Ｇ ａｇ ｚｏ ５ ０ ４ ） ｕｎ ｈ ｕ ／ ６ ／
Ａ ｓ ｒ ｃ Ｔｈ ４ ｃ ｒ ｍｉ ｂ ｔ ａ ｔ： ｅ Ｂ Ｃ ｅ ａ ｃ ｍａ ｅ ｉ ｌ ｉ ｈ ｉ ｈ ｅ ｔ ａ ｄ ｈａ ｔ ｒａ ｓ ｔ ｅ ｌ ｔ ｓ ｎ ｓ ｍｏ ｅ ｈ ｇ ｌ ｓｉ ｉ ｏ ｕ ｇ ｒ ｉ ｈ ｅ ａ ｔｃｔ ｖ ｌ ｍｅ Ｉ ａ ｅ ｕ ｅ ｙ ． ｔｃ ｎ ｂ ｓｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｍｉ ｔ ｒ ｌ ｔ ｒ ｒ ａ ｄ ｓ ａ ｅ ｆｅｄ． ｏ ｈ ｌ ａ ｙ ｐ ａ ｅ ａ ｍｏ ｎ ｐ ｃ ｉ ｌ ｉ Ｋ ｙ ｏ ｄ Ｂ Ｃ，ｃ ｍｂ ｓ ｉ ｎ， ＨＩ ｅ ｗ ｒ ｓ： ４ ｏ ｕ ｔｏ Ｐ
实 现 “ 合 ”之 目的 。 复
Ｔｉ Ｂ 、Ｖ、Ｚ Ｂ 等都有可能促进 Ｂ４ ｒ， Ｃ的热压 烧结 ，但 由于缺 乏 系统 深 入 的工 作 ，很 难 给 出正 确 的好 评 价 。
碳 化硼 最重 要 的性 能 是 其超 常 的硬度 （ ３ ５～ ４ ５ Ｇ Ｐａ） ，尤 其是 近于恒 定 的高 温硬 度是 其它材 料 所
局限性有 关。 因此 ，要想减轻 Ｂ Ｃ 的穿 晶断裂 的倾 向 ，
增 加断裂韧性 ，走 “ 合”之路 似乎是最后 的选 择。例 复 如 ，利 用化学 稳定性 较好 的 ＢＮ 与 Ｂ Ｃ复 合 ，可 使材 料 的抗 热冲 击性 能 得 到改 善 ，同时使 对 金属 的 稳定 性 增 加 ，利用抗 氧化 性能较好 的 Ｓ ｉ Ｃ与 Ｂ Ｃ复合 ，可提 高 抗 氧 化 性 能 和 高 温 性 能 ，利 用 过 渡 族 金 属 硼 化 物 （ Ｂ， ｒ ， ）的热膨胀 系数 和各向异性所造成 的裂 Ｔｉ 、Ｚ Ｂ 等 纹倾 转 效 应 ，可显 著 提 高材 料 的断 裂韧 性 。复 合选 择什 么 样 的途 径来
Ｂ Ｃ的研究尤其是基础研究工作 ，很早 即开始 ，但 仅 以 Ｂ一Ｃ二 元系统为例 ，至今 尚还 有许 多问题没有完 一 全清 楚 ，仍然有 人在进行 研究 。最 早的研 究工作认 为 ， Ｂ Ｃ二元 系统中共存在 ｌ ３种不 同成分 的硼碳化 合物 ，
即 Ｂ６ 、Ｂ ！３ １ １ Ｂ ３ ６ ｌ Ｃ Ｉ 、Ｂ Ｃ １ 、Ｂ Ｃ、Ｂ Ｃ ８ Ｃ ７ Ｃ ７ 、Ｂ Ｃ、Ｂ ！ １ 、 ３ Ｃ
度
（ ） ℃
材 料 体 系 ，其性 能 取决 于 微观 组 织结 构 ，而 微观 组 织 结 构 的形 成 与化 学 成分 绕结 工 艺和 相 反应 过程 密 切
相 关。
鉴 于 Ｂ． 陶瓷 的特性 和 作为 防弹装 甲陶瓷的重要 Ｃ
意 义 ，景 德镇 特种 陶瓷研 究所研 究新 型 的 Ｂ． 基超 硬 Ｃ 防弹陶瓷材料进行 了从原材料 配方 、烧结 工艺 （ ＨＩ 见 Ｐ 工艺过程 曲线 图 ２）到 制成成 品、性 能检 测一系列 工作 中取得 了 良好 的结 果 。所研 制的高性 能 Ｂ Ｃ 陶瓷 达到 了企业标 准 （ Ｊ ＴＯ 一 ２ ０ ）和美军军标 （ Ｌ Ｑ／ Ｔ ｌ ００ ＭＩ
ＢＣ￣ｔＰ『 ４｛ｔ Ｊ Ｉ 艺过 【线 ｌ ｌ １ 时间 （ｉ ） ｍ ｎ
Ａ ４ ６ ０ Ｄ） ０ ｌ ３ ，其技术 水平国 内首创 ，填 补了 国内空
白，在 国 际上 达先 进 水平 ，为我 国提 供 了一种 新 型 的
图 ２ Ｈ Ｉ Ｐ工艺过程 曲线 轻质 高 性 能 防弹 装 甲产 品 。
可以制备 超细的 Ｂ４ Ｃ粉末 。但此方法 只适 用于实 验研究。 Ｂ Ｃ属于共价键化合物 （ 共价键 占 ９ ％ 以上 ） ０ ，难
于 烧 结 ，通常 只有 在高 温 高压 下才 能获得 较 高致 密度 的烧结 体 ，既便是 使用 超细 粉末 ，而且烧 结温 度接 近
熔 点 ，但如果不施加压力 ，烧结 密度仍然不会很高 ，原 因很 简单 ，即产生 致密 化 过程所 需要 的晶界扩 散 和体 扩 散在 ２ ０ ℃以上 才明显发生 ，而在 ２ ０ ℃以下，一 ００ ００ 般 只发生强 烈的表 面扩散 （ ５ ０～１ ０ １０ ０℃）和蒸发凝 ８ 聚过程 （ ０ ℃） Ｋｅｌｒ ＞１ ０ 。 ８ ｒ 等人将 Ｂ Ｃ的热压烧结过 ｅ
（ 南理 工 大学材料科 学与工程 学 院， 广州 华 ５ ０４ ） ６１ １
摘 要 ：Ｂ ｃ密度 是陶瓷材料 中最轻 的 具 有较高 的弹性模 量 用于军事装 甲和 空 问领域 是一个 非常理 想 的 陶瓷材料 。 关键词 Ｂ 烧结 热等静压 烧结 ｃ 中图分类号 ：０ ７ ． ５８ Ｔ １４ ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ １ ９ ４ （０ ５ ０ － ０ １０ １０ － ６ ２ ２ ０ ） ３ ０ ３ － ２
Ｔ Ｅ Ｐ ＬＩ Ａ Ｏ Ｏ Ｂ Ｃ Ａ Ｅ Ａ Ｆ Ｒ Ｈ Ａ Ｐ Ｃ ＴＩ Ｎ Ｆ ４ Ｍ Ｔ ＲＩ Ｌ Ｏ Ｔ Ｅ Ｕ Ｌ Ｔ Ｒ ０ Ｃ Ｒ Ｍｌ Ｓ Ｈ Ｂ Ｌ Ｅ Ｐ ０ Ｆ Ｅ Ａ Ｃ
Ｃ ｅｇ ｈ ｎ Ｗｅ ｔｏ ／ａ
（ｏ ｔ Ｃ ／ａ Ｕ ／ＣＳｔ ｆＴｃｎ ｌ ｙ Ｓ ｕｈ ｈｎ ｎＶｒ／ ｏ ｅｈ ｏｏ ｙ ｇ
补 正 ：本刊 ２ ０ ０ ５年第二 期文章 景德镇 陶瓷适用 专利或商业 秘密法律 保护 的选 择 （ 作者
究项 目立 项课题 （ 课题 编号 ＦＸ０ ０） 景德镇 陶瓷 知识产权 法律保 护 ”的系 列论文 。 ５ｌ ：“
金晓虹 ）
的作 者单 位为 “ 景德 镇高 等专科学 校 ” ，并且本 文为 ２ ０５年江 西省普 通高 校人 文社 会科学 “ ０ 十五” 规划研
Ｂ Ｃ （ Ｈ ， Ｏ，Ｃ ・） Ｈ，Ｂ Ｃ ＨＸ＋ ＢＯ ’） Ｘ ＋ ｇＣ Ｃ Ｘ４・＋ ’ ＋ （ ， ・ ・
Ｂ ， Ｃ、Ｂ ， Ｃ、Ｂ Ｃ 、Ｂ Ｃ、ＢＣ 。之后 ，又有人 发现 了 另外三种硼碳化 合物 ，即 Ｂ Ｃ 、Ｂ。 Ｂ ， Ｃ Ｃ ，并认 为与低温相有关。 后来 Ｅｌｏｔ ｌ ｔ 通过的出色工作 ，大 家 ｉ 基本接受 了只存在一个硼碳化合物 （ Ｂ Ｃ）这样 一个事 实 ，其成分范围为 ８ ８ ０ ０ ｔ ，液相线在成分 Ｂ ． ～２ ．ａ％Ｃ Ｃ 处达 到最高点 （ ４ ０ ２ ５ ℃）根据 Ｃ在 Ｂ中的分配系数 ，估 计在富 Ｂ端有一个简并的共晶反应存在 。Ｅ １ｏ ｔ １ｉ ｔ 所研 究的 相图如 下 图 １所示 。 图中 Ｃ在 Ｂ Ｃ中的上限成分 为 ２ ． ａ％Ｃ， ００ｔ 下限成 分约为 ９ Ｏ ｔ ． ａ％Ｃ，Ｂ ｄ ｖ ａ ｕ ｙ等人则认 为 ，随着温度的升
收稿 日 ： ０４ １ ２ 期 ２０ — ２ ２
程 分 为四个 阶段 ，分 别对 应 的致 密化机 制为塑性 流动 ， 粘性流动 ，品界扩散和体扩散。Ａｎ ｅ ｓ Ｂ ａ ｖ ｇ ｒ 和 ｅ ｎ ｙ通
过研 究烧结 条件和粉 末性 质对工业 Ｂ Ｃ 热压烧结 行为
作者介绍 ： 程卫桃 （９ ３ ） １７ ，华南理工大学材料科学与工程学院材料专业工程硕士。
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第 ４ 卷 第 ３ 期 ｌ
２０ ０ ５年 ６ 月
中 国 陶 瓷
Ｃ ＮＡ ＨＩ ＣＥ ＡＭ Ｉ Ｓ Ｒ Ｃ
ＶＯ ． １ １ ４ ＮＯ． ３
Ｊ ｎ ．０ ５ ｕ ｅ ２０
研究与开发
碳 化硼 防弹陶瓷工程应 用分析
程 卫 桃
本结构分析 ，才确定 Ｂ Ｃ是唯一稳定 的硼碳化合物。之 后不久 ，电炉生产工业 Ｂ Ｃ 研究成功 ，Ｂ Ｃ 作为磨 料 开始 在工 业上 得到 应用 。然 而 ，人们 很快 发现 ，尽 管
这 种材料 的硬 度极 高 ，但很 脆 ，易 氧化 ，与金 属亲 合 力 强 ，使 得 用它制 造切 削工 具 的想法 濒于 破灭 。在 以 后 的一段 时期 ，人们对它 的研究主 要集 中在学 术方 面 ， 有关 Ｂ Ｃ 的大量 基础 研究 多是在这段 时间 内完成的 。
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中 国 陶 瓷
２０ ０ ５年 第 ３ 期
影 响发 现 ，施 加压 力 是必 要 的 ，但 加大 压 力 并不 等于
就 能大 大 降烧 结 温度 。 从 文 献 资料 上 看 ， 以下 这 些 元素 或 化 合 物 Ａ ｌ、
该 反应为 放热 反应 ，一般要 严格 地控 制反 应过程
才 能获得纯 度较高 而且成分稳 定的 Ｂ Ｃ粉 ，多数情 况 下 ，不允许有 剩余 的 Ｃ 存在 ，为了保证 这一 点 ，往 往
加 入余量 的 Ｂ。熔融 的 Ｂ Ｃ要 经过碎化 处理才 能成为 细 小 的粉 末 ，这 一 过程通 常 很贵 ，因而也 大大 地增 加 了生 产成 本 。 利用 气相 沉积 过程 ，即 ：
高 ，Ｃ在 Ｂ Ｃ中的固溶度可能上升到 ２ ． １４～２ ．ａＣ， ３ １ｔ 但 没有被 实验 所证 实 。
Ｂ Ｃ粉末的制备方法 ，现代 工业生产 Ｂ Ｃ 的方法 与最 原始 提 出的方 法基 本相 同 ， 即硼 酸 或脱水 氧化 硼 与 碳 黑在 电炉 中进行 高温 还 原反 应 ： ２ ， （ Ｏ ）＋ Ｃ Ｂ Ｃ ６ Ｏ＋ （Ｈ， ） ＢＯ Ｈ Ｂ ７ － ＋ Ｃ ３ Ｃ