碳化硼陶瓷是一種新型非氧化物陶瓷材料，是新型陶瓷中重要的耐磨損和高硬度結構陶瓷材料。因其具有熔點高、硬度高、密度低、熱穩定性好、抗化學侵蝕能力強和中子吸收能力強等特點而被廣泛應用于能源、軍事、核能以及防彈領域。碳化硼又稱黑鉆石，是僅次于金剛石和立方氮化硼的第三硬材料，故成為超硬材料家族中的重要成員。
圖 碳化硼陶瓷，來源：鄭州得爾硼
1.碳化硼的發展
碳化硼最早是人們在1858年制備金屬硼化物時無意之中發現的，然后英國的Joly于1883年、法國的Moissan 于1894年分別制備了碳化硼并認定其化學式為B3C，B6C，化學計量分子式為B4C的化合物直到1934年方被認知，隨后，俄國學者提出了許多不同的碳一硼化合物分子式，但這些分子式未能得到確認。碳化硼存在許多同分異構體結構，其化學分子式得到證實，由B-C相圖可知，碳一硼化合物有一個從B4.0C到 B10.5C 的很寬的均相區，在這個均相區內的物質習慣上通稱為碳化硼。從20世紀 50 年代起，人們對碳化硼，尤其是對其結構、性能進行了大量的研究，取得了許多研究成果，推動了碳化硼制備和應用技術的長足發展。
2.碳化硼的性能特點
碳化硼具有低密度（2.52 g cm-3）、高熔點（2450oC）、高硬度（顯微硬度Hv值約30 GPa，僅次于金剛石和立方氮化硼）、高彈性模量（448 GPa）和高的中子吸收截面（600靶）等特點，從而成為一種極為重要的戰略資源。在碳化硼中，碳與硼都為非金屬元素，且原子半徑互相接近，其結合方式與一般間隙型化合物不同,正是這種特殊的結合方式使得碳化硼具有許多優良的物理、化學和力學性能。作為結構陶瓷的碳化硼，其最突出的性能是它的高硬度，僅次于金剛石與立方氮化硼，碳化硼中含有的"B 具有中子吸收能力強、吸收能譜寬等特性。
- 高硬度
碳化硼是已知物質中硬度第二高的材料，僅次于鉆石。
- 密度高
碳化硼的密度很高，大約是鋼的2倍，鋁的3倍。
- 良好的耐磨性
碳化硼的耐磨性非常好，可以在極端環境下使用。
- 化學穩定性
碳化硼在常溫常壓下非常穩定，不易與酸堿發生反應。
- 高溫穩定性
在高溫環境下，碳化硼仍能保持其穩定性，不易分解。
抗氧化性
碳化硼不易被氧化，可以在高溫氧化環境中使用。
3.碳化硼的應用領域
①核工業領域
- 核反應堆控制棒
碳化硼陶瓷具有優異的熱中子吸收性能，是核反應堆控制棒的理想材料，用于控制核反應速度。通過調節控制棒在堆芯內的深度可以控制堆芯內的反應速度，從而調節核反應堆的功率。
圖 碳化硼核控制棒，圖源，山東華恩
- 核廢料處理
碳化硼陶瓷可以用于核廢料處理，因為它對放射性元素有較好的遮蔽和固定作用。
②耐磨材料領域
- 研磨介質
碳化硼陶瓷硬度高，耐磨性能優異，可以作為研磨介質用于各種研磨機中，如球磨機、棒磨機等。
- 耐磨管道和密封件
碳化硼陶瓷可以用于制造耐磨管道和密封件，適用于輸送高硬度、高磨損的物料。
③防彈裝甲領域
- 輕質裝甲
碳化硼陶瓷具有高硬度和輕質的特點，可以作為輕質裝甲材料，用于保護軍事裝備和人員安全。
圖源Adept
- 防彈衣
碳化硼陶瓷可以與其他材料復合制成防彈衣，提供較好的防彈效果。
④高溫爐管
碳化硼陶瓷具有較好的耐高溫性能和化學穩定性，可以作為高溫爐管材料。
⑤電子陶瓷
碳化硼陶瓷可以作為電子陶瓷材料用于制造電子元件和電路板等。
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