碳化硼的根本性質、使用及其化學穩定性

碳化硼晶體為菱面體結構，晶格歸于D3d5-R3m空間點陣。其菱面體結構如圖7所示，可描述為一立方原胞點陣在空間對角線方向上延伸，在每一角上構成適當規則的二十面體。平行于空間對角線，就變成六方標志的c軸，由三個硼原子與相鄰的二十面體互相銜接組成線性鏈。因此，單位晶胞包含12個二十面體方位，三個方位位于線性鏈上。假如B原子被認為是因為二十面體造成的方位，C原子看成處于線性鏈上，那么B12C3的化學核算即為B4C。

1、碳化硼的基本性質及其使用

1)低密度

B4C的密度較小，為2.52g/cm3。在勻相區內，密度和碳含量的關系可有經歷公式(9)表明為：

ρ=2.4224+0.00489C%(9)

因為碳化硼的低密度，在得到較高的致密度的情況下，其功能能夠達到碳化硼的標準高強、高硬度等優良的功能，因而能夠作為輕質裝甲，以減輕坦克等車體重量，節約能耗。

2)硬度與耐磨性

B4C具有超硬度以及極高的耐磨性，在勻相區內，B4C的維氏硬度跟著C含量的添加而添加。當碳含量為10.6%時，硬度為29.1GPa;當碳含量為20%時，硬度21可達37.7GPa。在高溫時其硬度仍然很高(>30GPa)。硬度隨溫度變化可由經歷公式(10)表明：

H=H0-exp(-aT)(10)

式中：H0—為常溫時硬度；

T—為溫度；

a—為與含碳有關的常數。

此公式適用于20~1700℃。需求指出的是，B4C是世界上最硬的資料之一，僅次于金剛石和立方BN。

B4C的耐磨性跟著溫度的升高而添加，在20~1400℃范圍內，沖突系數跟著溫度升高而下降，在1400℃左右降到0.05，沖突率也不斷降低。B4C以其超硬度和沖突特性已被用作噴沙嘴。金剛石的噴嘴以及水利噴射切割器的噴嘴，等耐磨資料；在軍事上被廣泛使用于坦克、飛機等的裝甲資料[39,40];跟著技能的進步，高精度研磨的需求添加，B4C日益顯現其優越性，近年來，其用量一直在不斷添加，一起，B4C還能夠用來研磨硬質合金、陶瓷及寶石硬質資料，沖突用游離磨料或超聲波加工這些超硬資料用的磨料，可是同歐美比較我國在這方面用量還很少。

3)熱膨脹系數及比熱容

碳化硼熔點為2450℃，沸點為3000℃，熱膨脹系數為5.73×10-6/℃(28~1770℃)，比熱容核算公式(11)：

C=22.99+5.40×10-3T-10.72×105T-2(11)

2、化學穩定性

碳化硼是最穩定的化合物之一，在600℃以下不易產生氧化反響；而溫度在600℃以上時，因為外表氧化成B2O3薄膜，阻止了B4C的進一步被氧化。所以B4C現在被用作耐火資料中的抗氧化劑。常溫下B4C一般不與化學試劑反響；800℃以上時B4C與Br構成三溴化合物；高溫下B4C與金屬氧化物反響生成金屬硼化物和一氧化碳，所生成的FeB薄膜具有很高的顯微硬度(HV=24GPa)和抗磨損度。所以B4C能夠被用于鋼鐵及合金的硼化。