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的一種新的燒結工藝，它能讓材料在較低溫度時實現快速高效燒結。在燒結過程中，利用電極通入脈沖直流大電流時瞬間產生的放電等離子體，使燒結體系內各個顆粒自身均勻地產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粉末的均勻受熱。由于顆粒間的有效放電使其產生局部高溫，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生重排和產生塑性流動，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！