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致力于碳化硼陶瓷的低成本制备——访东北大学茹红强教授


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  碳化硼陶瓷具有低密度,高硬度,高模量,耐磨性好,抗氧化,耐酸碱性强,良好的中子吸收性能等特性,适用于国防军工,航空航天等领域。

中国粉体网讯  碳化硼陶瓷具有低密度,高硬度,高模量,耐磨性好,抗氧化,耐酸碱性强,良好的中子吸收性能等特性,适用于国防军工,航空航天等领域。但是碳化硼陶瓷难获得致密的烧结体,目前工业化生产主要采用热压烧结为主,但常规的热压烧结存在成本高、难制备形状复杂制品等缺点;常压烧结过程中也存在着易变形和开裂等缺陷;这些都是制约碳化硼陶瓷应用的关键因素。在“2019第二届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”上,就碳化硼陶瓷的制备问题,我们采访了东北大学茹红强教授




©Song Weidong/Cnpowder.com.cn

东北大学茹红强教授在论坛现场


降低成本的方法之一反应烧结


茹教授谈到现在国内碳化硼陶瓷生产都是热压烧结,热压烧结的吨成本一百万之上,无压烧结的吨成本在六十万左右,利用反应烧结其成本可以控制在五十万以下。因此改变烧结方式是降低碳化硼陶瓷成本的一种重要途径。


碳化硼陶瓷低成本制备低在何处?


茹教授在“2019第二届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”上做的报告是关于碳化硼陶瓷低成本制备的,那么低成本能低在哪些方面呢?针对这个问题茹教授总结了三点,碳化硼陶瓷材料低成本制备主要表现在三个方面:温度,产量,原材料。他说:“一般碳化硼烧结要达到两千多度,反应烧结只需要1500~1600℃,温度降低,成本就下降。另外热压烧结需要用石墨的模具,单次烧结的量少,反应烧结不需要模具,单次烧结量大。热压烧结需要的粉体比较细,要求粒径在3.5μm以下。反应烧结可以用相对粗一点的粉,粗粉的成本比细粉的成本要低。”


碳化硼表面改性


在低成本制备碳化硼陶瓷的过程中,为了避免Si与碳化硼反应,要对碳化硼表面进行改性。茹教授形容其像在表面为碳化硼穿一层衣服,但难点在于如果是块状的物质,“穿一层衣服”很容易,可是对粉体来说就比较难了。茹教授介绍了表面C改性、表面SiC改性等方式,通过表面改性对于减缓硅与碳化硼的反应具有显著的效果。


凝胶成形工艺在碳化硼陶瓷制备上存在的问题


凝胶成形工艺在国内发展也有几十年了,九十年代以后我国开始发展凝胶成形工艺。茹教授说:“目前来说,凝胶成形工业化应用主要是用来做一些薄的器件,做大一点的器件还存在一定的问题。凝胶成形工艺在成形后需要进行干燥,干燥过程中容易开裂,器件越大越容易开裂。所以说凝胶成形工艺没有问题,但是在固化过程中的开裂问题是比较麻烦的。”


国内外碳化硼在工艺制备、材料性能研究等方面的差距有多大?


对于碳化硼材料来说,茹教授认为热压烧结方面,国内和国外没有多大的差距。但是就碳化硼而言,目前的研究相对较少,以色列,韩国,中国有一些研究。茹教授强调当前关于碳化硼陶瓷的性能的研究已经比较成熟,关键在于其成本,如何降低成本,是制约碳化硼陶瓷发展的关键。而无压烧结和反应烧结因成本较低,将成为碳化硼陶瓷今后的发展方向。


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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