硼化物是用硼和金属元素人工合成的结晶相物质。种类很多,目前已达近百种。其中金属硼化物的熔点都在1800℃以上。其化合形式有:M2B,MB,M2B2,MB2,M2B5,MB4,MB6及MB12(M代表金属元素)8种。其中以稀土金属硼化物为最多,这说明硼具有其他元素所没有的特殊结合形式。
硼化物在结晶结构上,硼原子多数形成链状,二维的层状和三维的架状结构,这些骨架与金属原子是以共价键结合的。
金属硼化物的工业合成方法有:
(1)金属与硼元素直接反应法;
(2)金属氧化物与硼的还原法;
(3)金属氧化物与硼化物加碳还原法;
(4)金属卤化物的氢还原法;
(5)溶盐电解法;
(6)硼化物的金属还原法;
(7)燃烧合成法等。
以合成的硼化物为基本原料,采用粉末冶金工艺方法生产的耐火制品,即为硼化物耐火材料。
硼化物的种类很多,应用较多的主要是硼化锆制品和硼化钛制品。
一、硼化物耐火材料的性能
硼化物耐火材料的熔点高,硬度大,化学稳定性好,突出的性质是抗热震性好并具有金属性能。
二、制品的生产工艺
通常将合成的硼化物原料经精选、粗碎、磨细(至小于5min)后,再配料、成型、干燥、烧结或热压烧结制得的制品。
(一)挤压法
在硼化物粉料中加入8%~10%的糊精,油酸等有机混合物作为结合剂,经过混合,真空练泥,困料等工序后,在挤泥机中成型,再经干燥,素烧以排除坯体中的结合剂,在氢气的保护下,于钼丝炉中或高频真空炉中烧成。烧结温度一般为1600~2100℃,保温1~2h。各种硼化物的测温套管,均可采用此法制造。
(二)等静压法
在硼化物粉料中加入少量聚乙烯醇作为结合剂,将泥料装入橡塑模具内,在等静压机上以压力成型,经干燥,在氢气保护下的钼丝炉或高频真空炉内烧成。烧成温度和保温时间同上述的挤压法,但此法生产的制品的体积密度比挤压法制品高。
(三)热压法
将硼化物粉料直接装入石墨模具内,在石墨热压炉中边加热,边加压烧结。一般压力为25~35MPa,烧成温度大于1600℃。此法能制造出致密的(体积密度达理论密度95%以上),性能优异的硼化物制品。
(四)直接合成烧结法
将金属粉料与硼粉以一定的比例混合均匀后,在高温高压下热压烧结。这种方法是使粉料通过固相反应合成硼化物原料,同时进一步将原料烧结成致密制品。即此法是从原始物料一步完成,可谓一步法。(上述的几种方法是先合成硼化物原料,第二步再用硼化物原料生产制品,即二步法)。
三、制品的用途
硼化物制品用途越来越广,特别是硼化锆用做钢水连续测温套管,定径水口镶嵌内套,与不黏结,不被钢水、熔渣侵蚀的性能,可多炉使用。其次做火箭喷嘴材料,各种有色金属的熔炼坩埚,使用量增大。作为高温无润滑轴承耐磨部件正在开发中。
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