碳化硼陶瓷是一种新型非氧化物陶瓷材料，是新型陶瓷中重要的耐磨损和高硬度结构陶瓷材料。因其具有熔点高、硬度高、密度低、热稳定性好、抗化学侵蚀能力强和中子吸收能力强等特点而被广泛应用于能源、军事、核能以及防弹领域。碳化硼又称黑钻石，是仅次于金刚石和立方氮化硼的第三硬材料，故成为超硬材料家族中的重要成员。
图 碳化硼陶瓷，来源：郑州得尔硼
1.碳化硼的发展
碳化硼最早是人们在1858年制备金属硼化物时无意之中发现的，然后英国的Joly于1883年、法国的Moissan 于1894年分别制备了碳化硼并认定其化学式为B3C，B6C，化学计量分子式为B4C的化合物直到1934年方被认知，随后，俄国学者提出了许多不同的碳一硼化合物分子式，但这些分子式未能得到确认。碳化硼存在许多同分异构体结构，其化学分子式得到证实，由B-C相图可知，碳一硼化合物有一个从B4.0C到 B10.5C 的很宽的均相区，在这个均相区内的物质习惯上通称为碳化硼。从20世纪 50 年代起，人们对碳化硼，尤其是对其结构、性能进行了大量的研究，取得了许多研究成果，推动了碳化硼制备和应用技术的长足发展。
2.碳化硼的性能特点
碳化硼具有低密度（2.52 g cm-3）、高熔点（2450oC）、高硬度（显微硬度Hv值约30 GPa，仅次于金刚石和立方氮化硼）、高弹性模量（448 GPa）和高的中子吸收截面（600靶）等特点，从而成为一种极为重要的战略资源。在碳化硼中，碳与硼都为非金属元素，且原子半径互相接近，其结合方式与一般间隙型化合物不同,正是这种特殊的结合方式使得碳化硼具有许多优良的物理、化学和力学性能。作为结构陶瓷的碳化硼，其最突出的性能是它的高硬度，仅次于金刚石与立方氮化硼，碳化硼中含有的"B 具有中子吸收能力强、吸收能谱宽等特性。
- 高硬度
碳化硼是已知物质中硬度第二高的材料，仅次于钻石。
- 密度高
碳化硼的密度很高，大约是钢的2倍，铝的3倍。
- 良好的耐磨性
碳化硼的耐磨性非常好，可以在极端环境下使用。
- 化学稳定性
碳化硼在常温常压下非常稳定，不易与酸碱发生反应。
- 高温稳定性
在高温环境下，碳化硼仍能保持其稳定性，不易分解。
抗氧化性
碳化硼不易被氧化，可以在高温氧化环境中使用。
3.碳化硼的应用领域
①核工业领域
- 核反应堆控制棒
碳化硼陶瓷具有优异的热中子吸收性能，是核反应堆控制棒的理想材料，用于控制核反应速度。通过调节控制棒在堆芯内的深度可以控制堆芯内的反应速度，从而调节核反应堆的功率。
图 碳化硼核控制棒，图源，山东华恩
- 核废料处理
碳化硼陶瓷可以用于核废料处理，因为它对放射性元素有较好的遮蔽和固定作用。
②耐磨材料领域
- 研磨介质
碳化硼陶瓷硬度高，耐磨性能优异，可以作为研磨介质用于各种研磨机中，如球磨机、棒磨机等。
- 耐磨管道和密封件
碳化硼陶瓷可以用于制造耐磨管道和密封件，适用于输送高硬度、高磨损的物料。
③防弹装甲领域
- 轻质装甲
碳化硼陶瓷具有高硬度和轻质的特点，可以作为轻质装甲材料，用于保护军事装备和人员安全。
图源Adept
- 防弹衣
碳化硼陶瓷可以与其他材料复合制成防弹衣，提供较好的防弹效果。
④高温炉管
碳化硼陶瓷具有较好的耐高温性能和化学稳定性，可以作为高温炉管材料。
⑤电子陶瓷
碳化硼陶瓷可以作为电子陶瓷材料用于制造电子元件和电路板等。
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