碳化硼陶瓷的制備

熱壓燒結(jié)

熱壓燒結(jié)由于高溫下的壓力作用，使得顆粒發(fā)生重排和產(chǎn)生塑性流動，導(dǎo)致晶界滑移和應(yīng)變誘導(dǎo)孿晶、蠕變及體積擴散。這些機制的共同作用可獲得高致密度高強度的碳化硼陶瓷。熱壓燒結(jié)在惰性氣氛或真空中進行，一般熱壓溫度2200℃~2300℃，壓力20MPa~40MPa，保溫時間0.5h~2h，但碳化硼是共價鍵很強的化合物，無添加的燒結(jié)很難得到高致密度、高性能的產(chǎn)品，為了降低碳化硼的燒結(jié)溫度及改善碳化硼的性能，必須加入燒結(jié)助劑來促進燒結(jié)。由于碳化硼抗熱震性較差，因此要緩慢降溫，熱壓燒結(jié)只能制備形狀較簡單的制品。

熱等靜壓燒結(jié)

采用熱等靜壓燒結(jié)碳化硼，可無需添加劑而達到致密化，并且獲得細晶顯微結(jié)構(gòu)和高的彎曲強度。熱等靜壓是將惰性氣體如N2、Ar等作為傳遞壓力的介質(zhì)，將碳化硼粉末壓坯或裝入包套的粉料放入高壓容器中，使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力，降低燒結(jié)溫度，避免晶粒長大，可獲得高致密度的碳化硼陶瓷材料。與一般熱壓法相比，它可以使物料收到各同向性的壓力，因而陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)均勻，缺點是設(shè)備費用較高和待加工工件尺寸收到限制。

無壓燒結(jié)

純碳化硼無壓燒結(jié)致密化困難，影響碳化硼陶瓷致密度的主要因素為燒結(jié)溫度與粉末粒度。在常壓下2300℃燒結(jié)，其制品的相對密度一般低于80%，且容易出現(xiàn)異常晶粒長大和表面熔化現(xiàn)象。增大碳化硼粉末的比表面積并減小其平均粒度，可在一定程度上提高燒結(jié)密度。因此，為了降低燒結(jié)溫度、提高碳化硼制品的綜合性能，一般需加入燒結(jié)助劑，如單質(zhì)硼、碳、鋁等來促進碳化硼的燒結(jié)。

放電等離子燒結(jié)(SPS)

近年發(fā)展起來的放電等離子燒結(jié)(SPS)是一種快速燒結(jié)的新工藝，可以實現(xiàn)材料的低溫快速高效燒結(jié)。SPS燒結(jié)過程中，電極通入脈沖直流大電流時瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結(jié)體系內(nèi)各個顆粒自身均勻地產(chǎn)生焦耳熱使顆粒表面活化。SPS可以有效利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱，放電點的彌散分布實現(xiàn)均勻加熱。另外，SPS可以實現(xiàn)顆粒間的有效放電使其產(chǎn)生局部高溫，顆粒表面局部熔化、表面氧化膜剝落。采用這種新的燒結(jié)技術(shù)可以在無燒結(jié)助劑的情況下，實現(xiàn)碳化硼陶瓷高致密化燒結(jié)，而且制品結(jié)構(gòu)均勻、化學成分可控。

中子吸收材料

在反應(yīng)堆堆芯組件中，中子吸收材料（控制棒、調(diào)節(jié)棒、事故棒、安全棒）是僅次于燃料元件的重要功能元件，由于碳化硼的中子吸收截面高，吸收能譜寬，價格低，原料來源豐富，從而易于廢料處理。因此碳化硼是一種重要的中子吸收材料。

屏蔽材料

隨著各種核反應(yīng)堆的發(fā)展，堆屏蔽材料及其他屏蔽系統(tǒng)的要求越來越高，現(xiàn)在的許多屏蔽材料已難以滿足其使用要求，主要表現(xiàn)在屏蔽材料的屏蔽效果與其他性能如力學性能、耐熱性、抗輻照性等難以兼顧。碳化硼材料可以作為核反應(yīng)的屏蔽材料。相對于純元素B和Cd而言，碳化硼造價低，不產(chǎn)生放射性同位素，二次射線能量低，而且耐腐蝕，熱穩(wěn)定性好，因而被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)。