一

碳化硼基本特性

  碳化硼，别名黑钻石，是一种无机物，化学式为B4C，通常为灰黑色微粉。是已知坚硬的三种材料之一（仅次于金刚石和立方相氮化硼），用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。它的莫氏硬度约为9.5。黑色有光泽晶体。硬度比工业金刚石低，但比碳化硅高。与大多数陶器相比，易碎性较低。具有大的热能中子俘获截面。抗化学作用强。不受热氟化氢和硝酸的侵蚀。溶于熔化的碱中，不溶于水和酸。相对密度2.5左右，熔点2350℃。沸点3500℃。

  它在19世纪作为金属硼化物研究的副产品被发现，直到1930年代才被科学地研究。碳化硼可由电炉中用碳还原三氧化二硼制得。由于制备手段的因素，碳化硼容易形成碳缺陷，导致硼碳比在很大的范围内变化而不影响其晶体结构，这往往导致其理化性能的降低。这种缺陷往往难以通过粉末衍射分辨，常常需要化学滴定以及能量损失谱确定。需要说明的是，除了B4C之外，碳化硼材料可能具有不同化学计量比，目前已知的B∶C化学计量比为4~10.5。

  因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。在耐磨材料、陶瓷增强相，尤其在轻质装甲，反应堆中子吸收剂等方面使用。此外，和金刚石和立方氮化硼相比，碳化硼制造容易、成本低廉，因而使用更加广泛，在某些地方可以取代价格昂贵的金刚石、常见在磨削、研磨、钻孔等方面的应用。

二

纳米碳化硼的制备方法

1. 碳热还原法

  因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。在耐磨材料、陶瓷增强相，尤其在轻质装甲，反应堆中子吸收剂等方面使用。此外，和金刚石和立方氮化硼相比，碳化硼制造容易、成本低廉，因而使用更加广泛，在某些地方可以取代价格昂贵的金刚石、常见在磨削、研磨、钻孔等方面的应用。

2.自蔓延高温合成法

  自蔓延高温合成法，又常被称为SHS技术。这一方法是前苏联物理化学研究所的Merzhahov等发明的。该方法具有反应温度较低（1000℃～1200℃）、节约能源（利用外部能源点火后，仅靠反应放出的热量即可使燃烧波进行下去）、反应迅速等优点，所以合成出的碳化硼粉纯度较高且原始粉末粒度较细（0.1～4μm），一般不需要再破碎处理。另外，SHS过程中升温和冷却速度极快，易于形成高浓度缺陷和非平衡结构，粉末的晶形呈不规则，可以使产物具有高的活性，从而提高其烧结性能。但是极难彻底洗去产物中的硼镁杂质，会增加工艺流程及成本，这是工艺中应该进一步研究的问题。

3. 聚合物前驱体裂解法

  低温前驱体裂解法是一种当无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶、固化四个过程后，再经过热处理操作成为固体化合物的方法。该方法能在分子水平上设计和控制碳化硼粉体的均匀性及粒度，从而得到超细、高纯并且均匀的纳米材料。碳源一般为甘油、柠檬酸、聚乙烯醇、葡萄糖、甘露醇、淀粉、蔗糖和纤维素等，硼源为硼酸或硼酐。

4. 溶胶凝胶法

  该法的基本原理是易于水解的金属化合物（无机盐或金属醇盐）在某溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，再经过干燥烧结等处理得到所需材料。基本反应有水解反应和聚合反应，可在低温下制备高纯、粒径分布均匀、化学活性高的单多组分混合物。选择合适的硼源、碳源而形成凝胶，本方法具有原料的分子级混合更加均匀、反应温度低、产物膨松等优点。

三

纳米碳化硼的应用

1. 控制核裂变

  碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素，因此它在核能发电场里他是很理想的中子吸收剂，而中子吸收剂主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反应炉场里主要是做成可控制的棒状，但有的时候会因为要增加表面积而把它制成粉末状。1986年切尔诺贝利核事故时，俄罗斯投下了近2000吨碳化硼和沙子后，终使反应堆中的链式反应停止。

2. 研磨材料

  由于碳化硼在很久以前它已经作为一种粗砂研磨材料。由于它本身熔点高，不易铸成人工制品，但是通过高温熔炼粉末，它可以加工成简单的形状。用于硬质合金、宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光。

3. 涂层涂料

  碳化硼还可以作为军舰和直升机的陶瓷涂层，其重量轻并且有抵抗穿甲弹穿透热压涂层成整体防层的能力。

4. 喷嘴

  在军火工业中可用作制造喷嘴。碳化硼极硬又耐磨，与酸碱不起反应，耐高/低温,耐高压，密度≥2.46g/cm3;显微硬度≥3500kgf/mm2，抗弯强度≥400MPa，熔点为2450℃。因为碳化硼喷嘴具有的以上耐磨高硬度的特点,碳化硼喷砂嘴将逐渐取代已知的硬质合金/钨钢和碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等材质的喷砂嘴。