碳化硼

碳化硼是具有金属光泽的黑色晶体，硬度仅次于金刚石，高于碳化硅，莫氏硬度为9.3。化学性质稳定，与酸碱溶液不起反应，分子式为B4C，相对密度2.52，熔点2350℃，沸点高于3500℃。熔融的碳化硼能溶解大量的石墨碳。碳化硼在稀酸溶液中稳定，能被硫酸与氢氟酸的混合酸、硫酸和硝酸的混合酸所分解。在氧气中加热至1000℃时缓慢地氧化成二氧化碳和三氧化二硼。碳化硼对热中子有高俘获能力，耐磨，具半导体导电性。在大多数情况下，因碳化硼(B4C)作控制材料，可以满足高温反应堆的要求。在碳化硼中提高B10元素的浓度，可以提高硼材料的控制效率。碳化硼的密度为2.51×103kg/m3，熔点为2450℃，热膨胀系数(20～800℃)为4.5×10-6/℃。

图1为碳化硼分子结构式。
工业用碳化硼主要制取方法是在电弧炉中熔化硼酐，使之与碳反应生成的。另外可用碳镁还原法或碳氢还原法制得。碳化硼主要用作磨料，供磨削抛光工业使用。
碳化硼通常由氧化硼和碳在电炉中高温受热而制备。反应式如下：2B2O3+7C→B4C+6CO。
产品质量一般要求是磨粒类含B4C不少于94%， 磨粉类不少于90%。
碳化硼主要用于硬质合金、宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光。模制品可作抗磨材料、耐火材料， 用以制造硬质抗蚀性陶瓷及抗水轴承， 用作核反应堆中的中子控制棒，也用于冶炼硼钢、硼合金和进行特殊焊接等。碳化硼与铝的合金 (含B4C高达50%) 用于中子遮蔽、反应炉屏遮等。
碳化硼用塑料袋包装， 贮于干燥、洁净的库房中。
以上信息由Chemicalbook的晓楠编辑整理(2015-09-21)。碳化硼陶瓷是以碳化硼为主要化学成分的一类陶瓷。碳化硼的化学式为B4C，属六角菱形晶系，在晶胞中有12个硼原子，晶格参数co＝1.212nm，ao＝0. 56nm。晶体结构中存在着可容纳直径达 0.18nm的原子，因而可以把锂或氦原子保留在晶体结构内。碳化硼粉末合成主要采用碳热还原法，除了用硼酐直接还原外，还可在碳(C)存在的情况下，将硼酐用Mg进行还原来制备，反应式为：2B2O3+6Mg+C→B4C +6MgO，反应温度为1000～1200℃。此反应为强放热反应，最终产物需用 H2SO4或HCl酸洗，然后用热水洗涤，即可获得较纯且粒度细 (0.1～ 5μm)、不含C的碳化硼粉末。碳化硼陶瓷主要以热压烧结为主，也可采用热等静压和无压烧结。热压烧结的温度为2000～2100℃，一般要加入Mg、 Al、Cr、Si、Ti等金属或Al2O3、MgO 等氧化物或玻璃作为烧结助剂。碳化硼的熔点为2450℃，理论密度2.519g/cm3，弹性模量为360～460GPa，热膨胀系数为5.73×10-6/K (300～1970K)，200℃时的热导率为24W/(m·K)，显微硬度4950kg/mm2，仅低于金刚石和立方氮化硼，具有较大的热中子俘获截面。可用来加工宝石、陶瓷、铸模、车刀和轴承等。也可用作喷砂嘴、防弹材料以及原子反应堆的中子吸收剂等。灰黑色粉末。粉状物用作研磨材料，模制品可作抗磨材料，也用于原子核反应堆用于硬质合金、宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光，金属硼化物的制造以及冶炼硼钢、硼合金和特殊焊接等。防化学吕陶器、耐磨工具制造。碳热还原法将石墨、煤粉碎后，与硼酸按0.5：0.5：3的配料比放入球磨机充分混匀后，置于单相双极卧式电弧炉内，在1700～2300℃进行碳化反应。反应完成后，出料、冷却、破碎、选取、热水洗涤，再经粗碎、磨粉、酸洗(温度不低于80℃，12h)后，用水洗至中性，然后用沉降和串联水洗法选分、干燥、筛分，制得碳化硼成品。其
4H3BO3+7C→B4C+6CO↑+6H2O