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防弹陶瓷碳化硼的介绍

近四五十年来，随着科学技术的发展，原子能、火箭、燃气轮机等技

术领域对材料提出了更高的要求，迫切需要比耐热合金更能承受高温、比普通

陶瓷更能抵御化学腐蚀的材料。而某些陶瓷因为能满足这些要求，因此，这类

陶瓷得到了迅速的发展。这些新发展起来的陶瓷，无论从原料、工艺或性能上

均与传统陶瓷有很大的差异，被称为特种陶瓷。由于特种陶瓷具有许多独特的

性能，潜力很大。而且制作特种陶瓷的主要原料在地球上储量丰富，价格便宜，

容易得到。近20年来，各主要工业国家都十分注重特种陶瓷的开发和研究，形

成世界性的“陶瓷热”，并取得了很大的进展。所以，特种陶瓷被誉为“万能

陶瓷”，是21世纪最有发展前景的重要新材料之一。

碳化硼就是一种有着许多优良性能的重要特种陶瓷。碳化硼最早是

在1858年被发现的，然后英国的Joly于1883年、法国的Moissan于1894年

分别制备和认定了BC、BC。化学计量分子式为BC的化合物直到1934年才被

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认知。随后，俄国学者提出了许多不同的碳－硼化合物分子式，但这些分子式

未能得到确认。事实上，由B－C相图可以知道，碳－硼化合物有一个从BC到

4.0

BC的很宽的均相区，在这个均相区内的物质习惯上通称为碳化硼，从20世纪

10.5

50年代起，人们对碳化硼，尤其是对其结构、性能进行了大量的研究，取得了

许多研究成果，推动了碳化硼制备和应用技术的长足发展。由于碳化硼具有其

它材料不可比拟的优异性能，人们对碳化硼陶瓷的研究深度与力度不断加大，

除高纯度、超细碳化硼粉体合成新方法不断涌现外，人们更多地致力于开展先

进实用的成型工艺及烧结工艺技术研究，以使碳化硼制品能够在某些高技术领

域实用化并进一步工业化生产。

碳化硼的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高

温硬度（＞30GPa）是其他材料无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。

在碳化硼中，硼与碳主要以共价键相结合（＞90%），具有高熔点（2450℃）、

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高硬度、高模量、密度小(2.52g/㎝)、耐磨性好、耐酸碱性强等特点，并具有

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良好的中子、氧气吸收能力、较低的膨胀系数（5.0×10·K）、热电性能（140s

／ｍ，室温），故广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、航天航空等领域。

但由于碳化硼本身具有较低的断裂韧性、过高的烧结温度、抗氧化能力较差、

以及对金属的稳定性较差等缺点，限制了其在工业上的进一步应用。所以国内

外的科研工作者对改善碳化硼陶瓷的性能进行了大量研究，并提出了碳化硼复

相陶瓷的概念。如欧洲科学技术委员会早在20世纪80年代制定的几个重要的

新材料发展计划（如HILTI计划、COST计划）中，都包括了对碳化硼（基）超

硬材料体系的探索和研究。近年的文献资料表明：由于碳化硼自身的局限性，

很难通过工艺优化来大幅度改善其力学性能，但随着超微粉末制备技术的发展

和有效烧结助剂的开发，使碳化硼的常规烧结成为可能，碳化硼材料在民用、

航和军事领域都得到了重要应用。

目前，用于防弹陶瓷的结构陶瓷主要有氧化铝碳化硅和碳化硼。其中，碳

化硼是防弹性能最优的装甲材料，目前用作飞机装甲材料和特殊用途防护结构。

氧化铝虽然综合防护系数最低，但因其成本最低，所以在护身装甲和装甲车辆

方面获得较多的应用。碳化硅防弹陶瓷无论是防护系数，还是成本都介于二者

之间。因而，降低碳化硼防弹陶瓷材料的成本研究具有很强必要性和广阔的应

用前景。