致力于碳化硼陶瓷的低成本制備——訪東北大學(xué)茹紅強(qiáng)教授

      碳化硼陶瓷具有低密度，高硬度，高模量，耐磨性好，抗氧化，耐酸堿性強(qiáng)，良好的中子吸收性能等特性，適用于國防軍工，航空航天等領(lǐng)域。但是碳化硼陶瓷難獲得致密的燒結(jié)體，目前工業(yè)化生產(chǎn)主要采用熱壓燒結(jié)為主，但常規(guī)的熱壓燒結(jié)存在成本高、難制備形狀復(fù)雜制品等缺點(diǎn)；常壓燒結(jié)過程中也存在著易變形和開裂等缺陷；這些都是制約碳化硼陶瓷應(yīng)用的關(guān)鍵因素。在“2019第二屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”上，就碳化硼陶瓷的制備問題，我們采訪了東北大學(xué)茹紅強(qiáng)教授。

      降低成本的方法之一反應(yīng)燒結(jié)

      茹教授談到現(xiàn)在國內(nèi)碳化硼陶瓷生產(chǎn)都是熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)的噸成本一百萬之上，無壓燒結(jié)的噸成本在六十萬左右，利用反應(yīng)燒結(jié)其成本可以控制在五十萬以下。因此改變燒結(jié)方式是降低碳化硼陶瓷成本的一種重要途徑。

      碳化硼陶瓷低成本制備低在何處？

      茹教授在“2019第二屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”上做的報(bào)告是關(guān)于碳化硼陶瓷低成本制備的，那么低成本能低在哪些方面呢？針對這個(gè)問題茹教授總結(jié)了三點(diǎn)，碳化硼陶瓷材料低成本制備主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：溫度，產(chǎn)量，原材料。他說：“一般碳化硼燒結(jié)要達(dá)到兩千多度，反應(yīng)燒結(jié)只需要1500~1600℃，溫度降低，成本就下降。另外熱壓燒結(jié)需要用石墨的模具，單次燒結(jié)的量少，反應(yīng)燒結(jié)不需要模具，單次燒結(jié)量大。熱壓燒結(jié)需要的粉體比較細(xì)，要求粒徑在3.5μm以下。反應(yīng)燒結(jié)可以用相對粗一點(diǎn)的粉，粗粉的成本比細(xì)粉的成本要低。”

      碳化硼表面改性

      在低成本制備碳化硼陶瓷的過程中，為了避免Si與碳化硼反應(yīng)，要對碳化硼表面進(jìn)行改性。茹教授形容其像在表面為碳化硼穿一層衣服，但難點(diǎn)在于如果是塊狀的物質(zhì)，“穿一層衣服”很容易，可是對粉體來說就比較難了。茹教授介紹了表面C改性、表面SiC改性等方式，通過表面改性對于減緩硅與碳化硼的反應(yīng)具有顯著的效果。

      凝膠成形工藝在碳化硼陶瓷制備上存在的問題

      凝膠成形工藝在國內(nèi)發(fā)展也有幾十年了，九十年代以后我國開始發(fā)展凝膠成形工藝。茹教授說：“目前來說，凝膠成形工業(yè)化應(yīng)用主要是用來做一些薄的器件，做大一點(diǎn)的器件還存在一定的問題。凝膠成形工藝在成形后需要進(jìn)行干燥，干燥過程中容易開裂，器件越大越容易開裂。所以說凝膠成形工藝沒有問題，但是在固化過程中的開裂問題是比較麻煩的?！?br />
      國內(nèi)外碳化硼在工藝制備、材料性能研究等方面的差距有多大？

      對于碳化硼材料來說，茹教授認(rèn)為熱壓燒結(jié)方面，國內(nèi)和國外沒有多大的差距。但是就碳化硼而言，目前的研究相對較少，以色列，韓國，中國有一些研究。茹教授強(qiáng)調(diào)當(dāng)前關(guān)于碳化硼陶瓷的性能的研究已經(jīng)比較成熟，關(guān)鍵在于其成本，如何降低成本，是制約碳化硼陶瓷發(fā)展的關(guān)鍵。而無壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)因成本較低，將成為碳化硼陶瓷今后的發(fā)展方向。