碳化硼（最坚硬的三种材料之一）

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更新时间：2023-05-20
碳化硼
最坚硬的三种材料之一
碳化硼（boron carbide ），别名黑钻石，分子式为B₄C，通常为灰黑色微粉。是已知最坚硬的三种材料之一（其他两种为金刚石、立方相氮化硼），用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。它的摩氏硬度为9.3。
它在19世纪作为金属硼化物研究的副产品被发现，直到1930年代才被科学地研究。碳化硼可由电炉中用碳还原三氧化二硼制得。
碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素，因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂，而中子吸收剂主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反应炉场里主要是做成可控制的棒状，但有的时候会因为要增加表面积而把它制成粉末状。
因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。在耐磨材料、陶瓷增强相，尤其在轻质装甲，反应堆中子吸收剂等方面使用。此外，和金刚石和立方氮化硼相比，碳化硼制造容易、成本低廉，因而使用更加广泛，在某些地方可以取代价格昂贵的金刚石、常见在磨削、研磨、钻孔等方面的应用。
基本信息
中文名
碳化硼
沸点
3500
化学式
B4C
摩尔质量
55.26
外观
灰黑色微粉
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简介
B4C的结构基元
名称
中文名称：碳化硼
化学式
B4C，
相对分子质量
55.26
性状
坚硬黑色有光泽晶体。硬度比工业金刚石低，但比碳化硅高。与大多数陶器相比，易碎性较低。具有大的热能中子俘获截面。抗化学作用强。不受热氟化氢和硝酸的侵蚀。溶于熔化的碱中，不溶于水和酸。相对密度(d204)2.508～2.512。熔点2350℃。沸点3500℃。
储存
密封保存。
用途
防化学品陶器、耐磨工具制造。
质检信息质检项目指标值
质检项目
项目指标值
含量(B4C)
≥90.0%
游离炭及三氧化二硼和其它杂质总量
≤10.0%
理化常数
名称； 碳化硼
IUPAC英文名
Boron carbide
别名
B4-C、B4C、黑钻石、一碳化四硼
CAS号
12069-32-8
化学式
B4C
55.255 g mol
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物理化学性质
与酸、碱溶液不起反应，具有高化学位、中子吸收、耐磨及半导体导电性。是对酸最稳定的物质之一，在所有浓或稀的酸或碱水溶液中都稳定。碳化硼在空气环境下中800℃以下是基本稳定的，由于其在更高的温度氧化形成的氧化硼呈气相流失，导致其不稳定，氧化形成二氧化碳和三氧化二硼。
碳化硼
当有一些过渡金属及其碳化物共存时，有特殊的稳定性。在1000～1100℃条件下元素周期表中第Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ族过渡金属与碳化硼粉末强烈反应形成金属硼化物。不过，在更高的反应温度下，文献报道指出碳化硼容易氮化或者和过渡金属氧化物反应，形成相应的氮化硼、以及硼化物，这种硼化物以稀土和碱土金属六硼化物为多。
氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾熔融时，碳化硼容易分解，并进行硼含量的测定。
它的摩氏硬度为9.3，并是继金刚石、氮化硼、的已知第三种最硬的物质。（比碳化硅9.5低）
由于制备手段的因素，碳化硼容易形成碳缺陷，导致硼碳比在很大的范围内变化而不影响其晶体结构，这往往导致其理化性能的降低。这种缺陷往往难以通过粉末衍射分辨，常常需要化学滴定以及能量损失谱确定。
制备
碳化硼最初在美国化学会志报道，是通过电炉中焦炭和氧化硼反应得到的，这种制备手段也是目前工业生产所采用的办法。
2B2O3+7C=B4C+6CO
应用
控制核裂变
碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素，因此它在核能发电场里他是很理想的中子吸收剂，而中子吸收剂主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反应炉场里主要是做成可控制的棒状，但有的时候会因为要增加表面积而把它制成粉末状。
1986年切尔诺贝利核事故时，俄罗斯投下了近2000吨碳化硼和沙子后，最终使反应堆中的链式反应停止。
研磨材料
由于碳化硼在很久以前它已经作为一种粗砂研磨材料。由于它本身熔点高，不易铸成人工制品，但是通过高温熔炼粉末，它可以加工成简单的形状。用于硬质合金、宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光。
涂层涂料
碳化硼还可以作为军舰和直升机的陶瓷涂层，其重量轻并且有抵抗穿甲弹穿透热压涂层成整体防层的能力。
喷嘴
在军火工业中可用作制造枪炮喷嘴。碳化硼，极硬又耐磨，与酸碱不起反应，耐高/低温，耐高压，密度≥2.46g/cm3;显微硬度≥3500kgf/mm2，抗弯强度≥400Mpa，熔点为2450℃。
因为碳化硼喷嘴具有的以上耐磨高硬度的特点，碳化硼喷砂嘴将逐渐取代已知的硬质合金/钨钢和碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等材质的喷砂嘴。
其他
碳化硼还用于金属硼化物的制造以及冶炼硼钠、硼合金和特殊焊接等。
包装及储存
聚乙烯塑料盒包装，贮存于清洁干燥的库房中。