碳化硼陶瓷燒結工藝簡述

上一篇文章我們給大家介紹了有關碳化硼陶瓷粉體制備的問題，如果還沒有看過此文的小伙伴們可以點擊：碳化硼陶瓷粉體制備工藝，查看。粉體制備后，我們就要進入到下一個階段，那就是碳化硼陶瓷燒結，這是一個非常關鍵的步驟。自古以來陶瓷燒結都是一個非常難的工序，在燒結過程中有很多不確定的因素，而這些因素都會直接影響到陶瓷成品的品質。下面我們就來具體看看目前碳化硼陶瓷有哪些燒結工藝。
碳化硼陶瓷燒結方法主要有：
碳化硼陶瓷燒結主要有熱等靜壓燒結、無壓燒結、放電等離子燒結、熱壓燒結等四大類。
一、熱等靜壓燒結
熱等靜壓燒結和其他燒結方式最大的區(qū)別就是它可以不需要添加劑就能達到致密化。不僅如此，這種方法還能獲得細晶顯微結構和很高的彎曲強度。主要步驟是：1、先進行無壓燒結，獲得無開口連通氣孔的碳化硼。2、再通過熱等靜壓的方式來完成剩余閉口氣孔的消除，以此達到完全致密化。這個過程中溫度一般控制在1950-2050℃為宜。

圖6 熱等靜壓燒結B4C陶瓷顯微結構SEM圖

二、無壓燒結
碳化硼陶瓷的無壓燒結也是一種較為常見的燒結方式，它利用添加劑（添加劑有元素添加劑如：C、Fe、Al、Ti、Ni、Cr、B、Cu、Mg等，金屬氧化物添加劑有：Al2O3、TiO2、Y2O3、ZrO2、Fe2O3，碳化物添加劑：SiC、Be2C、TiC、WC等，以及硼化物添加劑：TiB2、CrB2、W2B3。）將碳化硼表面的氧化層去除，以提高點缺陷或位錯密度來提高晶界和體積擴散的活化作用，從而在稍低的溫度下（2100-2200℃）獲得較高密度（95-98%）。
采用無壓燒結這種方式的優(yōu)點就是可以制備出形狀比較復雜的碳化硼陶瓷制品。但是這種方式燒制的碳化硼陶瓷往往會有晶粒過度生長的現(xiàn)象，并且還含有3-7Vol.%的氣孔率，以及材料強度、韌性較低的問題。

三、放電等離子燒結
放電等離子燒結是最近幾年才出現(xiàn)的一種新的燒結工藝，它能讓材料在較低溫度時實現(xiàn)快速高效燒結。在燒結過程中，利用電極通入脈沖直流大電流時瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結體系內各個顆粒自身均勻地產(chǎn)生焦耳熱使顆粒表面活化，從而達到燒結成型的目標
放電等離子燒結是利用了陶瓷粉末內部自身發(fā)出的熱能，來完成這一工序，因此耗能較低。同時因為放電點的彌散分布從而實現(xiàn)粉末的均勻受熱。由于顆粒間的有效放電使其產(chǎn)生局部高溫，這樣使得顆粒表面的氧化膜脫落、表面局部融化。這種工藝能夠實現(xiàn)在無燒結助劑的情況下，達到碳化硼陶瓷高致密化燒結的目的。這種方式燒出來的產(chǎn)品往往結構鈞杰而且其化學成分可控。

四、熱壓燒結
最后我們來看看第四種燒結方式-熱壓燒結。這是一種利用在高溫下并施加一定壓力，讓碳化硼粉體顆粒發(fā)生重排和產(chǎn)生塑性流動，從而引起晶界滑移和應變誘導孿晶、蠕變及體積擴散。在這些運動共同作用下能夠制備出高致密度、高強度的碳化硼陶瓷。
通過熱壓燒結方式制備的碳化硼陶瓷致密度更高，其力學性能也更好，因此這種材料的價格也更高。熱壓燒結的碳化硼陶瓷對中子的吸收能力比無壓燒結的要更強。熱壓燒結碳化硼陶瓷是吸收中子的理想材料，且不會產(chǎn)生放射性元素。

圖5 熱壓燒結B4C陶瓷顯微結構SEM圖

以上四類燒結方式為目前碳化硼陶瓷的幾種主流燒結方法，下一篇文章我們將關注“碳化硼陶瓷加工工藝”，敬請期待！