碳化硼陶瓷烧结工艺简述

上一篇文章我们给大家介绍了有关碳化硼陶瓷粉体制备的问题，如果还没有看过此文的小伙伴们可以点击：碳化硼陶瓷粉体制备工艺，查看。粉体制备后，我们就要进入到下一个阶段，那就是碳化硼陶瓷烧结，这是一个非常关键的步骤。自古以来陶瓷烧结都是一个非常难的工序，在烧结过程中有很多不确定的因素，而这些因素都会直接影响到陶瓷成品的品质。下面我们就来具体看看目前碳化硼陶瓷有哪些烧结工艺。
碳化硼陶瓷烧结方法主要有：
碳化硼陶瓷烧结主要有热等静压烧结、无压烧结、放电等离子烧结、热压烧结等四大类。
一、热等静压烧结
热等静压烧结和其他烧结方式最大的区别就是它可以不需要添加剂就能达到致密化。不仅如此，这种方法还能获得细晶显微结构和很高的弯曲强度。主要步骤是：1、先进行无压烧结，获得无开口连通气孔的碳化硼。2、再通过热等静压的方式来完成剩余闭口气孔的消除，以此达到完全致密化。这个过程中温度一般控制在1950-2050℃为宜。

图6 热等静压烧结B4C陶瓷显微结构SEM图

二、无压烧结
碳化硼陶瓷的无压烧结也是一种较为常见的烧结方式，它利用添加剂（添加剂有元素添加剂如：C、Fe、Al、Ti、Ni、Cr、B、Cu、Mg等，金属氧化物添加剂有：Al2O3、TiO2、Y2O3、ZrO2、Fe2O3，碳化物添加剂：SiC、Be2C、TiC、WC等，以及硼化物添加剂：TiB2、CrB2、W2B3。）将碳化硼表面的氧化层去除，以提高点缺陷或位错密度来提高晶界和体积扩散的活化作用，从而在稍低的温度下（2100-2200℃）获得较高密度（95-98%）。
采用无压烧结这种方式的优点就是可以制备出形状比较复杂的碳化硼陶瓷制品。但是这种方式烧制的碳化硼陶瓷往往会有晶粒过度生长的现象，并且还含有3-7Vol.%的气孔率，以及材料强度、韧性较低的问题。

三、放电等离子烧结
放电等离子烧结是最近几年才出现的一种新的烧结工艺，它能让材料在较低温度时实现快速高效烧结。在烧结过程中，利用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，从而达到烧结成型的目标
放电等离子烧结是利用了陶瓷粉末内部自身发出的热能，来完成这一工序，因此耗能较低。同时因为放电点的弥散分布从而实现粉末的均匀受热。由于颗粒间的有效放电使其产生局部高温，这样使得颗粒表面的氧化膜脱落、表面局部融化。这种工艺能够实现在无烧结助剂的情况下，达到碳化硼陶瓷高致密化烧结的目的。这种方式烧出来的产品往往结构钧杰而且其化学成分可控。

四、热压烧结
最后我们来看看第四种烧结方式-热压烧结。这是一种利用在高温下并施加一定压力，让碳化硼粉体颗粒发生重排和产生塑性流动，从而引起晶界滑移和应变诱导孪晶、蠕变及体积扩散。在这些运动共同作用下能够制备出高致密度、高强度的碳化硼陶瓷。
通过热压烧结方式制备的碳化硼陶瓷致密度更高，其力学性能也更好，因此这种材料的价格也更高。热压烧结的碳化硼陶瓷对中子的吸收能力比无压烧结的要更强。热压烧结碳化硼陶瓷是吸收中子的理想材料，且不会产生放射性元素。

图5 热压烧结B4C陶瓷显微结构SEM图

以上四类烧结方式为目前碳化硼陶瓷的几种主流烧结方法，下一篇文章我们将关注“碳化硼陶瓷加工工艺”，敬请期待！