碳化硼(B4C)热导率和膨胀系数及其影响因素分析

热应力是碳化硼芯块在核反应堆使用中破裂的重要原因之一.作者通过检索大量的有关碳化硼热导率和热膨胀系数的文献,搜集了许多经验公式和数据,并与本研究实测值进行对比和分析,得出了一些公式和结果.     

碳化硼在吸收材料中的地位及其与核应用有关的基本性能

对碳化硼与其它材料的中子吸收截面、吸收效率、价格进行了比较,综述了作为吸收材料的碳化硼在世界核反应堆中的地位,综述了影响碳化硼核应用的有关性能(均相区范围、热导率、比热容、热膨胀系数)的研究结果,并与报道的实验数据进行了校验,讨论了碳化硼的抗水腐蚀能力。     

多孔碳化硼的力学性能及其微观组织

采用无压烧结法制备得到了多孔的碳化硼,用扫描电镜研究了该材料的微观组织;并测定了不同孔隙率碳化硼的抗弯强度和密度,分析了多孔碳化硼的孔隙率与抗弯强度和密度的关系。研究结果表明:采用无压真空烧结法所制备的多孔碳化硼材料的微观组织烧结良好,烧结颈明显,孔隙大小比较均匀;当空隙率为30%时,所制备的多孔碳化硼密度为1.714 g/cm3,抗弯强度为100.85 MPa。     

粉末冶金法制备铝基碳化硼复合材料的研究进展

本文归纳了粉末冶金法制备铝基碳化硼复合材料的制备工艺, 主要包含混料、压制、烧结、变形等工艺环节; 对铝基碳化硼复合材料主要性能及影响因素做了阐述, 重点整理了材料均匀性、相对密度、力学性能的研究情况; 总结了工程用铝基碳化硼材料的生产及使用情况, 分析几种常见铝基碳化硼产品的特点; 提出采用粉末冶金法生产大尺寸、高品质、低成本的铝基碳化硼材料是未来研究方向之一的观点, 并阐述了工艺优化方案。在核电等相关产业的带动下, 中国有望成为全球铝基碳化硼复合材料生产和研究中心。     

快中子堆用碳化硼材料的成分和性能设计

快中子堆在最终解决世界能源问题中占有十分重要的地位,碳化硼是快中子堆国际普遍接受的中子吸收材料,作者综述了快堆对材料的要求以及碳化硼的优点和限制,评述了碳化硼芯块密度、硼碳比、晶粒度、热传导率、杂质铁含量等对作为寿命限制参数的氦释放率和肿胀率的影响,提出了材料设计的观点。     

碳化硼粉末及其复相陶瓷的研究现状与进展

综述了碳化硼粉末的合成方法、碳化硼复相陶瓷的种类及合成方法，并对其发展方向作了展望。     

碳化硼的低温热压

研究了B₄C的热压工艺及Al₂O₃对热压B₄C烧结性能的影响。结果表明,采用1.0μm左右的B₄C粉,添加Al₂O₃作为烧结助剂,在1750℃、35MPa热压条件下可获得烧结致密体。而制造纯B₄C材料的热压温度需高于2100℃,才能使坯体致密。添加5%~30%Al₂O₃可明显降低B₄C材料的热压温度,但随Al₂O₃含量的增加,这种作用不很明显,反而使材料的硬度降低。当Al₂O₃含量为5%~10%(Wt)时,材料的硬度(HRA96.5)与纯B₄C热压材料的硬度(HRA97.0)接近。     

助烧体系对注射成形碳化硼陶瓷烧结性能的影响

采用粉末注射成形技术制备碳化硼陶瓷微结构零件,用SiC-Al2O3-Y2O3和SiC-ZrO2两种助烧体系进行烧结。分析助烧体系(SiC-Al2O3-Y2O3和SiC-ZrO2)对零件的致密度、相组成、微观组织和断裂机制的影响。结果表明:添加助烧剂可有效提高碳化硼制品的烧结性能。采用SiC-Al2O3-Y2O3助烧体系烧结的零件由B4C、SiC、B2YC2和YAG等4种相组成,随烧结温度升高,其致密度先增加后减小,在1 950℃烧结时达到最大值,为97.1%。而采用SiC-ZrO2助烧体系时致密度随烧结温度升高而增加,在2 240℃达到最大值,为95.1%,相组成为B4C、SiC和ZrB2相。零件的断裂形式都以穿晶断裂为主,含有一定的沿晶断裂。     

碳化硼陶瓷磨损特性的点接触显微镜研究

用点接触显微镜在纳米尺度上研究了碳化硼材料的磨损特性,考察了未经预氯化和经1073K预氧化处理1 h的2种热压碳化硼试样磨损深度随载荷、磨损次数、扫描速度等的变化情况。研究结果表明,未经预氧化的碳化硼试样,磨损深度很小,而经过预氧化处理的碳化硼试样,磨损深度远远大于未经氧化的试样。两者的磨损深度均随载荷的增加而显著增加。未经氧化的碳化硼试样由于其纵向上的结构是均匀的,磨损深度随磨损次数的增加呈线性增加;经氧化处理的碳化硼试样的磨损深度随磨损次数的增加呈现2段线性关系,可推断其表层的H_3BO_3膜厚度约为120～140nm。2种试样的磨损深度与扫描速度均无明显关系。     

稀土氧化物对碳化硼陶瓷性能的影响

以稀土氧化物为主要烧结助剂,以碳化硼粉末为基体,采用真空热压烧结技术制备出碳化硼陶瓷.研究了成分配比、烧结工艺对材料致密度及力学性能的影响;分析了稀土氧化物对烧结温度及材料性能的影响,并确定最佳烧结温度;探讨不同添加剂对碳化硼陶瓷显微结构影响及烧结机理.结果表明,以稀土氧化物为主要烧结助剂,其烧结温度降低约80℃;碳化硼陶瓷的最佳材料配方与烧结工艺为:m(B4C):m(La2O3):m(Al2O3):m(C)＝70:6:12:12,烧结温度1 850℃,压力20MPa,保温时间1h;所得碳化硼陶瓷性能:相对密度92.5%,抗弯强度156.76MPa,硬度97HRA;分别以氧化铝和活性碳、氧化钇、氧化镧、氧化钇和氧化镧为烧结助剂时,碳化硼陶瓷烧结过程中形成的新相分别为Al8B4C7、Y3Al5O12、LaAlO3、(Y3Al5O12 LaAlO3).其中含稀土相,尤其是新相LaAlO3与碳化硼颗粒表面有良好的结合,因此提高了致密度,降低了烧结温度.     

热等静压法制备大尺寸铝基碳化硼复合材料及性能研究

采用热等静压法制备铝基碳化硼复合材料(Al-B4C)板材,测试板材的密度和抗拉强度,并观察复合材料的微观组织和拉伸断口形貌。结果表明,Al-31%B4C(质量分数)板材的尺寸为3 mm×200 mm×5000 mm;Al-31%B4C复合材料的相对密度大于99.69%,抗拉强度大于300 MPa,断后延伸率大于3%,B4C颗粒均匀分布在基体中,并与基体紧密结合;Al-B4C复合材料板材的力学性能符合工程用中子吸收材料的要求。比较含不同质量分数B4C颗粒(10%、15%、20%、25%、30%、31%、35%、40%)的Al-B4C复合材料性能,当B4C质量分数为10%~40%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的密度和相对密度均逐渐降低;当B4C质量分数为10%~35%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的抗拉强度逐渐增大,断后延伸率逐渐降低。     

热压碳化硼材料的纳米摩擦性能研究

用原子力/摩擦力显微镜对碳化硼样品进行了表面形貌的微观分析。在载荷为1～6μN下,研究了Si_3N_4探针扫描碳化硼表面时摩擦力的分布。结果表明,摩擦力的变化与扫描处的试样表面形貌有关,表面形貌变化斜率越大处,摩擦力增加得越多。由于试样较平整,摩擦力的分布也是比较均匀的。碳化硼材料纳米摩擦因数随载荷的增加而显著增加。     

Temperature effect on bending strength of hot-pressed boron carbide materials

The paper examines three groups of samples based on B₄C and B₁₃C₂ powders (with additions of Al and Al₂O₃ in the amount of 2 and 5 wt.%, respectively). It is established that the maximal strength (445 MPa) is characteristic of the material B₁₃C₂ over the whole temperature range. It does not change up to 1600°C. The increase in strength of B₄C-based samples is revealed over the range of 1200 to 1600°C, mainly for high-porous materials (10–12%). Presumably, this is due to the higher relaxation properties of porous material microstructure. __________ Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, Vol. 46, No. 5–6 (455), pp. 60–68, 2007.     

热压真空烧结高密度碳化硼制品性能的研究

研究了热压真空烧结碳化硼制品,考察升温速率、烧结温度对碳化硼制品性能的影响,结果表明,适宜的升温制度是在1900℃以前以5℃/min,超过1900℃以2℃/min;合适的烧结温度在1950℃,在此温度下烧结可得制品的平均晶粒尺寸为4μm左右,密度可达理论密度的98%,抗弯强度为357MPa,显微硬度值为24 63GPa.所有这些数据将为工业化生产提供理论依据.     

低碳微合金化含硼冷镦钢的力学性能研究

实验室试制了低碳Nb、V微合金化含硼冷镦钢,并对试验钢的组织和性能进行了对比研究.结果表明:钢中添加适当的Nb、V细化了含硼钢的铁素体晶粒,显著提高了含硼钢的抗拉强度,其中,Nb、V复合微合金化含硼钢的效果最好,其次是含钒硼钢和含铌硼钢.分析表明,Nb、V复合微合金化在含硼钢中的主要作用在于细化晶粒和沉淀强化.     

碳含量对脱β层硬质合金组织和性能的影响

本文通过一步烧结法制备了三种不同含碳量的WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-(Ta,Nb)C-Co脱β层硬质合金,通过扫描电镜(SEM),电子探针微区分析仪(EPMA)分析合金的微观组织和成分分布,以及测定维氏硬度HV30,断裂韧性KIC等性能指标,研究碳含量对其微观组织和物理力学性能的影响,研究结果表明:在三个合金的表层均形成了缺Ti,Ta,Nb的立方相,而富Co粘结相的脱β层。微量的C含量变化对合金的组织和性能产生重要的影响,合金的脱β层厚度和WC的平均晶粒度均随着C含量的增加而增大。随着碳含量的增加,维氏硬度HV30降低,断裂韧性KIC增加。