致力于碳化硼陶瓷的低成本制备——访东北大学茹红强教授

      碳化硼陶瓷具有低密度，高硬度，高模量，耐磨性好，抗氧化，耐酸碱性强，良好的中子吸收性能等特性，适用于国防^，航空航天等领域。但是碳化硼陶瓷难获得致密的烧结体，目前工业化生产主要采用热压烧结为主，但常规的热压烧结存在成本高、难制备形状复杂制品等缺点；常压烧结过程中也存在着易变形和开裂等缺陷；这些都是制约碳化硼陶瓷应用的关键因素。在“2019第二届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”上，就碳化硼陶瓷的制备问题，我们采访了东北大学茹红强教授。

      降低成本的方法之一反应烧结

      茹教授谈到现在国内碳化硼陶瓷生产都是热压烧结，热压烧结的吨成本一百万之上，无压烧结的吨成本在六十万左右，利用反应烧结其成本可以控制在五十万以下。因此改变烧结方式是降低碳化硼陶瓷成本的一种重要途径。

      碳化硼陶瓷低成本制备低在何处？

      茹教授在“2019第二届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”上做的报告是关于碳化硼陶瓷低成本制备的，那么低成本能低在哪些方面呢？针对这个问题茹教授总结了三点，碳化硼陶瓷材料低成本制备主要表现在三个方面：温度，产量，原材料。他说：“一般碳化硼烧结要达到两千多度，反应烧结只需要1500~1600℃，温度降低，成本就下降。另外热压烧结需要用石墨的模具，单次烧结的量少，反应烧结不需要模具，单次烧结量大。热压烧结需要的粉体比较细，要求粒径在3.5μm以下。反应烧结可以用相对粗一点的粉，粗粉的成本比细粉的成本要低。”

      碳化硼表面改性

      在低成本制备碳化硼陶瓷的过程中，为了避免Si与碳化硼反应，要对碳化硼表面进行改性。茹教授形容其像在表面为碳化硼穿一层衣服，但难点在于如果是块状的物质，“穿一层衣服”很容易，可是对粉体来说就比较难了。茹教授介绍了表面C改性、表面SiC改性等方式，通过表面改性对于减缓硅与碳化硼的反应具有显著的效果。

      凝胶成形工艺在碳化硼陶瓷制备上存在的问题

      凝胶成形工艺在国内发展也有几十年了，九十年代以后我国开始发展凝胶成形工艺。茹教授说：“目前来说，凝胶成形工业化应用主要是用来做一些薄的器件，做大一点的器件还存在一定的问题。凝胶成形工艺在成形后需要进行干燥，干燥过程中容易开裂，器件越大越容易开裂。所以说凝胶成形工艺没有问题，但是在固化过程中的开裂问题是比较麻烦的。”

      国内外碳化硼在工艺制备、材料性能研究等方面的差距有多大？

      对于碳化硼材料来说，茹教授认为热压烧结方面，国内和国外没有多大的差距。但是就碳化硼而言，目前的研究相对较少，以色列，韩国，^有一些研究。茹教授强调当前关于碳化硼陶瓷的性能的研究已经比较成熟，关键在于其成本，如何降低成本，是制约碳化硼陶瓷发展的关键。而无压烧结和反应烧结因成本较低，将成为碳化硼陶瓷今后的发展方向。