碳對碳化硼燒結的影響

通過氧化硼與炭黑在鎂中反應製備兩種碳化硼粉末，S-1和S-2（2B2O3+6Mg+C=B4C+6MgO）。粉末S-1在反應完成後立即在1500℃下熱處理10分鐘製備，而S-2通過在1650℃熱處理製備。粉末純化後，分析樣品的化學成分。發現 S-1 和 S-2 中的硼含量分別為 78.2±0.5at% 和 76.2±0.5at%。觀察到微量的Al、Mg、Si、Fe、Mn和Cu，但估計這些雜質的總量小於0.1%，殘餘部分被認為僅由碳組成。因此，碳的量分別為 21.8 和 23.8at%。一些硼和碳被進一步添加到製備的粉末中，粉末壓塊在純氦氣中在 2200°C 或 2250°C 下燒結 1 小時。結果表明，使用含有 25 至 30at% C 的粉末可以獲得高密度（>90%TD）的碳化硼球團，這對應於 B（或 B4C）-C 體系的共晶點區域。特別是，通過燒結粉末獲得 TD 為 93.7% 的碳化硼顆粒，其中 C 含量為 27.7at%。
得出的結論是，B4C+C 相中晶界上的過量碳會抑制燒結過程中的晶粒生長。同時，由於晶界上存在碳，晶界處B4C-C相界面的熔點會降低到共晶點；從而加強了材料運輸。作為這種效果的結果，在碳含量為 25 至 30at% 的區域中獲得了高密度顆粒。