碳化硼陶瓷在国防军工领域是如何发挥“威力”的？

碳化硼陶瓷的制备

热压烧结

热压烧结由于高温下的压力作用，使得颗粒发生重排和产生塑性流动，导致晶界滑移和应变诱导孪晶、蠕变及体积扩散。这些机制的共同作用可获得高致密度高强度的碳化硼陶瓷。热压烧结在惰性气氛或真空中进行，一般热压温度2200℃~2300℃，压力20MPa~40MPa，保温时间0.5h~2h，但碳化硼是共价键很强的化合物，无添加的烧结很难得到高致密度、高性能的产品，为了降低碳化硼的烧结温度及改善碳化硼的性能，必须加入烧结助剂来促进烧结。由于碳化硼抗热震性较差，因此要缓慢降温，热压烧结只能制备形状较简单的制品。

热等静压烧结

采用热等静压烧结碳化硼，可无需添加剂而达到致密化，并且获得细晶显微结构和高的弯曲强度。热等静压是将惰性气体如N2、Ar等作为传递压力的介质，将碳化硼粉末压坯或装入包套的粉料放入高压容器中，使粉料经受高温和均衡压力，降低烧结温度，避免晶粒长大，可获得高致密度的碳化硼陶瓷材料。与一般热压法相比，它可以使物料收到各同向性的压力，因而陶瓷的显微结构均匀，缺点是设备费用较高和待加工工件尺寸收到限制。

无压烧结

纯碳化硼无压烧结致密化困难，影响碳化硼陶瓷致密度的主要因素为烧结温度与粉末粒度。在常压下2300℃烧结，其制品的相对密度一般低于80%，且容易出现异常晶粒长大和表面熔化现象。增大碳化硼粉末的比表面积并减小其平均粒度，可在一定程度上提高烧结密度。因此，为了降低烧结温度、提高碳化硼制品的综合性能，一般需加入烧结助剂，如单质硼、碳、铝等来促进碳化硼的烧结。

放电等离子烧结(SPS)

近年发展起来的放电等离子烧结(SPS)是一种快速烧结的新工艺，可以实现材料的低温快速高效烧结。SPS烧结过程中，电极通入脉冲直流大电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体系内各个颗粒自身均匀地产生焦耳热使颗粒表面活化。SPS可以有效利用粉末内部的自身发热，放电点的弥散分布实现均匀加热。另外，SPS可以实现颗粒间的有效放电使其产生局部高温，颗粒表面局部熔化、表面氧化膜剥落。采用这种新的烧结技术可以在无烧结助剂的情况下，实现碳化硼陶瓷高致密化烧结，而且制品结构均匀、化学成分可控。

中子吸收材料

在反应堆堆芯组件中，中子吸收材料（控制棒、调节棒、事故棒、安全棒）是仅次于燃料元件的重要功能元件，由于碳化硼的中子吸收截面高，吸收能谱宽，价格低，原料来源丰富，从而易于废料处理。因此碳化硼是一种重要的中子吸收材料。

屏蔽材料

随着各种核反应堆的发展，堆屏蔽材料及其他屏蔽系统的要求越来越高，现在的许多屏蔽材料已难以满足其使用要求，主要表现在屏蔽材料的屏蔽效果与其他性能如力学性能、耐热性、抗辐照性等难以兼顾。碳化硼材料可以作为核反应的屏蔽材料。相对于纯元素B和Cd而言，碳化硼造价低，不产生放射性同位素，二次射线能量低，而且耐腐蚀，热稳定性好，因而被广泛应用于核工业。