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            碳化硼的根本性質、使用及其化學穩定性

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            碳化硼的根本性質、使用及其化學穩定性

            【摘要】:
            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。

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