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360彩票碳化硼的基本性质、应用及其化学稳定性

发布日期: 2020-05-19 14:45:04    阅读量(181)    作者:

碳化硼晶体为菱面体结构,晶格属于D3d5-R3m空间点阵。其菱面体结构如图7所示,可描述为一立方原胞点阵在空间对角线方向上延伸,在每一角上形成相当规则的二十面体。平行于空间对角线,就变成六方标志的c轴,由三个硼原子与相邻的二十面体互相连接组成线性链。因此,单位晶胞包含12个二十面体位置,三个位置位于线性链上。如果B原子被认为是由于二十面体造成的位置,C原子看成处于线性链上,那么B12C3的化学计算即为B4C。

 

1碳化硼的晶体结构

1碳化硼的基本性质及其应用

1)低密度

B4C的密度较小,为2。52g/cm3。在匀相区内,密度和碳含量的关系可有经验公式(9)表示为:

ρ=2。4224+0。00489C%(9)

由于碳化硼的低密度,在得到较高的致密度的情况下,其性能可以达到碳化硼的标准高强、高硬度等优良的性能,因而可以作为轻质装甲,以减轻坦克等车体重量,节约能耗。

2)硬度与耐磨性

B4C具有超硬度以及极高的耐磨性,在匀相区内,B4C的维氏硬度随着C含量的增加而增加。当碳含量为10.6%时,硬度为29.1GPa;当碳含量为20%时,硬度21可达37。7GPa。在高温时其硬度仍然很高(>30GPa)。硬度随温度变化可由经验公式(10)表示:

H=H0-exp(-aT)(10)

式中:H0—为常温时硬度;

T—为温度;

a—为与含碳有关的常数。

此公式适用于20~1700℃。需要指出的是,B4C是世界上最硬的材料之一,仅次于金刚石和立方BN。

B4C的耐磨性随着温度的升高而增加,在20~1400℃范围内,摩擦系数随着温度升高而下降,在1400℃左右降到0.05,摩擦率也不断降低。B4C以其超硬度和摩擦特性已被用作喷沙嘴。金刚石的喷嘴以及水利喷射切割器的喷嘴,等耐磨材料;在军事上被广泛应用于坦克、飞机等的装甲材料[39,40];随着技术的进步,高精度研磨的需求增加,B4C日益显示其优越性,近年来,其用量一直在不断增加,同时,B4C还可以用来研磨硬质合金、陶瓷及宝石硬质材料,摩擦用游离磨料或超声波加工这些超硬材料用的磨料,但是同欧美相比我国在这方面用量还很少。

3)热膨胀系数及比热容

碳化硼熔点为2450℃,沸点为3000℃,热膨胀系数为5.73×10-6/℃(28~1770℃),比热容计算公式(11)

C=22.99+5.40×10-3T-10.72×105T-2(11)

2化学稳定性

碳化硼是最稳定的化合物之一,在600℃以下不易发生氧化反应;而温度在600℃以上时,由于表面氧化成B2O3薄膜,阻止了B4C的进一步被氧化。所以B4C现在被用作耐火材料中的抗氧化剂。常温下B4C一般不与化学试剂反应;800℃以上时B4CBr形成三溴化合物;高温下B4C与金属氧化物反应生成金属硼化物和一氧化碳,所生成的FeB薄膜具有很高的显微硬度(HV=24GPa)和抗磨损度。所以B4C可以被用于钢铁及合金的硼化。 

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