碳化硼的氧化特性研究

本文研究了碳化硼在400～800℃空气中烧结时的氧化特性．采用XRD、SEM对氧化后的碳化硼的相结构和表面形貌进行分析、观察．结果表明：碳化硼在600℃左右开始氧化,氧化后部分生成玻璃态的B₂O₃,氧化过程为热激活过程,激活能Q=17．17kJ／mol．     

预制体中添加碳化硼对C/C复合材料氧化特性的影响

以添加碳化硼的炭纤维针刺整体毡为预制体,经化学气相渗透、树脂浸渍/炭化补充增密制备了C/C复合材料,考察了该材料在600～900℃的氧化性能.研究结果表明:与未添加碳化硼的C/C复合材料相比,添加碳化硼不仅提高了C/C复合材料的结构完整性,而且在氧化过程中生成了B2O3保护膜或保护簇团覆盖在其表面或裸露的炭纤维上,从而有效地减缓了基体或纤维的氧化,显著提高了C/C复合材料的整体抗氧化能力.     

现代结构陶瓷的类别与性能（Ⅱ）

碳化物陶瓷 碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化硼。碳化锯、碳化钨、碳化钒、碳化锆等。该类陶瓷的突出特点是具有很高的熔点、硬度（近于金刚石）和耐磨性（特别是在侵蚀性介质中），缺点是耐高温氧化能力较差（约900～1000℃）、脆性大。碳化硅陶瓷具有很高的高温强度，在1400℃时抗弯强度仍保持在500-600MPa，工作温度可达1700℃。它具有很好的热稳定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性、导热性、耐辐射性及低的热膨胀性。碳化硼陶瓷的硬度极高，抗磨粒磨损能力很强，熔点高达2450℃左右。但在高温下会快速氧化，并且会与热或熔融的黑色金属发生反应，因此其使用温度限定在980℃以下。其主要用途是做磨料，有时用于超硬质工具材料。     

氧化环境中预暴露对IC—6合金高温拉伸性能的影响

为了解ＩＣ－６合金在高温氧化环境中的力学损伤行为，研究了９００、１０００、１１００℃空气中预暴露１００ｈ后合金的组织变化和拉伸性能，合金在预暴露后的强度变化不大，且在不高于１０００℃下预暴露后合金伸塑没有受到氧化损伤，与Ｋ１７Ｇ镍基合金相比，ＩＣ－６合金所具有这些明显优势被归因子定向凝固方法消除了横向晶界、抑制了空气中的氧沿晶扩散所造成的 力学损伤，在１１００℃预暴露后，由于在合金表面生成挥发性Ｍ     

固硼灰化-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高纯人造石墨中硼

高纯人造石墨中硼含量的测定通常将试样进行直接灰化处理,在灰化过程中,表面的碳化硼与氧气反应生成致密玻璃态氧化硼包裹住未被氧化的碳化硼,阻止其持续氧化,导致结果偏低。试验采用氢氧化钙溶液预处理样品后,在800℃灰化,灰化过程中,氢氧化钙分解为氧化钙,氧化钙再与玻璃态氧化硼反应,从而使碳化硼持续氧化。灰化后用硝酸溶解,建立电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高纯人造石墨中硼含量的分析方法。结果表明,硼质量浓度在0.02～2.0 mg/L范围内与其对应的发射光谱强度呈线性,标准曲线的相关系数为0.999 9,方法检出限为0.03μg/g,测定值的变异系数(n=8)为2.5%～6.6%,加标回收率为95.2%～104.7%。     

球磨时间对硼掺杂石墨材料抗氧化行为的影响

通过球磨分散方法制备了掺杂细颗粒碳化硼石墨材料。采用热分析仪考察了经不同球磨时间制备的复合材料在室温至1400℃温度范围内的抗氧化行为;利用扫描电镜分析了样品在800℃和1000℃恒温氧化后的表面形貌。研究结果表明:经球磨50h制备的细颗粒碳化硼掺杂石墨材料在1000℃氧化时,有优良的自愈合抗氧化性能。其抗氧化机理为:均匀分散的细颗粒B4C可以在氧化时迅速形成连续的、均匀的保护膜覆盖在基体表面,从而有效地抑制氧气进入和基体反应。     

1000～1400℃下NbMoTaWV难熔高熵合金的氧化行为

采用静态氧化实验与XRD,FSEM测试技术对电弧熔炼制备的NbMoTaWV难熔高熵合金的高温氧化行为进行研究。结果表明：1000℃及1200℃下NbMoTaWV由于氧化层开裂严重失去保护性，氧化增重遵循直线氧化规律；1400℃下生成的熔融态氧化物释放氧化层的生长应力，填补Mo, V氧化物挥发留下的孔洞，使氧化层对氧气能够起到一定的阻隔作用，氧化增重遵循抛物线氧化规律。在NbMoTaWV的氧化过程中，氧气扩散进入基体内部后率先与扩散层中的Nb和Ta发生氧化反应，生成针棒状氧化物，之后与其他合金元素发生氧化反应，W的氧化物固溶在Nb和Ta氧化物中，颗粒状的Mo和V混合氧化物在高温下挥发。     

碳化硼基复合材料制备研究进展

碳化硼断裂韧性低、烧结温度高、抗氧化能力差、对金属的稳定性差,限制了其在工程上的进一步应用。综述了碳化硼粉末的成型方法以及碳化硼基复合材料的烧结方法,总结了碳化硼陶瓷的增韧及烧结过程中的氧化行为。     

Sic—AIN—Y2O3复相陶瓷的氧化行为

经研究致密的Ｓｉｃ－ＡＩＮ－Ｙ２Ｏ３复相陶瓷的氧化行为后发现，陶瓷材料的表面在空气中氧化的反应物随着温度的高低而变化。８００℃、２０ｈ氧化试验后，试样表面无任何变化；１１００℃氧化２０ｈ，表面形成了极少量的ＳｉＯ２，但两者均无增重，１２５０℃和１３２０℃氧化３０ｈ后，试样的重量和表面发生较明显的变化，形成了ＳｉＯ２与ａ－Ａｌ２Ｏ３；１３７０℃氧化试验３０ｈ后，陶瓷表面的氧化产物ＳＩＯ２与ａ－Ａｌ２     

SiC晶须增强AIN基复合材料的高温氧化行为

研究了热压ＡＩＮ－ＳｉＣｗ复合材料在１２００℃～１４００℃的氧化行为，分析了晶须掺量对复合材料氧化产物，氧化过程及强度的影响，结果表明，复合材料的氧化符合抛物线规律，氧化产物为Ａｌ２Ｏ３莫来石及铝硅酸盐玻璃相，晶须掺量的变化对复合材料的氧化并无显著影响。     

CVD法生产硼纤维过程中BCl3的回收再利用的研究

用氯气一硼纤维生产过程回收尾气ＢＣｌ３中的丁硼烷（Ｂ４Ｈ１０）进行反应,实现了硼纤维生产过程中ＢＣｌ３的循环利用。     

海水淡化反渗透膜脱硼性能的研究

采用小型反渗透装置,研究各因素对海水反渗透膜(SWRO)脱硼性能的影响.结果表明:试验用海水膜脱硼性能优于苦咸水膜和FILMTEC海水膜;不调节pH下脱硼率为60％～80％,调节pH脱硼率可高达98％以上;pH≤8.0条件下,脱硼率随进水压力增大显著提高,当pH≥9.5则影响减小;此外,海水膜的脱硼率基本不受元件回收率和进水硼浓度的影响.因此,提高pH和进水压力能有效改善反渗透脱硼性能.     

硼及其硼化物的应用现状与研究进展

硼及其硼化物在现代工业中有着广阔的应用前景.分析了我国硼矿资源的分布和特点,着重阐述了硼及其硼化合物综合利用的途径及现状,总结了硼及其硼化合物在冶金工业、陶瓷工业、永磁材料、超导材料、晶须材料、稀土材料等领域的应用情况,并对今后的发展趋势进行了探讨.     

Recent progress in boron nanomaterials

Abstract

Various types of zero, one, and two-dimensional boron nanomaterials such as nanoclusters, nanowires, nanotubes, nanobelts, nanoribbons, nanosheets, and monolayer crystalline sheets named borophene have been experimentally synthesized and identified in the last 20 years. Owing to their low dimensionality, boron nanomaterials have different bonding configurations from those of three-dimensional bulk boron crystals composed of icosahedra or icosahedral fragments. The resulting intriguing physical and chemical properties of boron nanomaterials are fascinating from the viewpoint of material science. Moreover, the wide variety of boron nanomaterials themselves could be the building blocks for combining with other existing nanomaterials, molecules, atoms, and/or ions to design and create materials with new functionalities and properties. Here, the progress of the boron nanomaterials is reviewed and perspectives and future directions are described.     

Mechanism of nucleation and growth of cubic boron nitride thin films

The mechanism and the crystallography of the nucleation and growth of cubic boron nitride (c-BN) films deposited on 〈100〉-oriented silicon substrate by RF bias sputtering have been studied by means of cross-sectional high-resolution transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Both methods provide experimental information showing no sp²-bonded BN layer formation in the subsurface region of c-BN phase. This is clear evidence for layer-by-layer homoepitaxial growth of cubic boron nitride without graphitic monolayers in the near-surface region of the film. The turbostratic boron nitride (t-BN) consists of thin sub-layers, 0.5–2 nm thick, growing in such a way that a sub-layer normal is almost parallel to the growth direction. t-BN also comprises a large volume fraction of the grain boundaries with high interface energies. The present result and the finding by Shtansky et al. [Acta Mater. 48, 3745 (2000)], who showed that an individual sub-layer consists of parallel lamellae in both the hexagonal +h-BN) and rhombohedral (r-BN) configurations, demonstrate that high intrinsic stress in the films is due to the complex structure of sp²-bonded BN. The crystallography of c-BN films indicates heteroepitaxial nucleation of cubic phase on the graphitic BN structural precursor. The present results are consistent with stress-induced c-BN formation.     

Mechanism of nucleation and growth of cubic boron nitride thin films

The mechanism and the crystallography of the nucleation and growth of cubic boron nitride (c-BN) films deposited on 100-oriented silicon substrate by RF bias sputtering have been studied by means of cross-sectional high-resolution transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Both methods provide experimental information showing no sp²-bonded BN layer formation in the subsurface region of c-BN phase. This is clear evidence for layer-by-layer homoepitaxial growth of cubic boron nitride without graphitic monolayers in the near-surface region of the film. The turbostratic boron nitride (t-BN) consists of thin sub-layers, 0.5–2 nm thick, growing in such a way that a sub-layer normal is almost parallel to the growth direction. t-BN also comprises a large volume fraction of the grain boundaries with high interface energies. The present result and the finding by Shtansky et al. [Acta Mater. 48, 3745 (2000)], who showed that an individual sub-layer consists of parallel lamellae in both the hexagonal (h-BN) and rhombohedral (r-BN) configurations, demonstrate that high intrinsic stress in the films is due to the complex structure of sp²-bonded BN. The crystallography of c-BN films indicates heteroepitaxial nucleation of cubic phase on the graphitic BN structural precursor. The present results are consistent with stress-induced c-BN formation.     

高能球磨制备TiB2/TiC纳米复合粉体

研究了通过高能球磨制备TiB2/TiC纳米复合粉体的反应过程和机理,对粉体的显微结构进行了表征。实验结果表明,采用金属Ti和B4C为原料,在球磨过程中,TiC先于TiB2形成。球磨5h后Ti与B4C反应生成TiB2和TiC,在随后的长时间高能球磨过程中TiB2和TiC两相保持稳定。球磨30h后,直径约8nm的TiC纳米粒子分布在100-200nm的TiB2粒子中,形成均匀分布的纳米TiB2/TiC复合粉体。     

固相反应法合成碳化硼纳米粉体

以六方氮化硼和炭黑(或石墨)为原料, 采用固相反应法合成了碳化硼粉体. 碳源、反应气氛和温度对粉体合成产生重要影响. 以炭黑为碳源, 在1900℃真空下保温5 h, 得到了平均粒径约为100 nm的碳化硼纳米粉体. 与商业粉体相比, 合成的粉体具有较好的烧结活性. 在2000℃/30 MPa/1 h条件下烧结, 样品的相对密度达到97.9%(商业粉体样品为93.1%), 这可归结于合成的粉体具有细小的粒径、低的氧含量和一定程度的孪晶结构.