碳化硼综合性能优异的防弹陶瓷材料

近年来，先进陶瓷在军事舞台可谓是大放光彩。凭借着高比刚度、高比强度以及在许多环境下呈化学惰性，先进陶瓷制成的防护装甲具有抗侵入能力强，轻便性和舒适度高等特点，因此成为装甲系统中必不可少的一部分。

目前，防弹陶瓷材料主要有碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)和氧化铝(Al2O3)三种，其中碳化硼是自然界中硬度仅次于金刚石和立方氮化硼的重要超硬材料。它具有高熔点、高模量、比重小、自润滑性好、耐磨、耐酸碱腐蚀、耐辐射、吸收中子等特点，是一种综合性能十分突出的新型高性能工程陶瓷材料，在高端防弹装甲材料、高端液气密封材料、航天航空发动机喷头、高端陶瓷轴承、研磨介质、硬质材料的抛光和精研磨料等方面具有重要应用。另外，碳化硼陶瓷在核电反应堆中子吸收及屏蔽部件等方面具有不可替代的作用，是一种重要的国家战略物资。

由于重量最轻，比模量高，弹道性能好，碳化硼被认为是综合性能优异的防弹陶瓷材料。但它的制备并不容易，因为碳化硼结构是一种极难烧结陶瓷材料，其共价键达到93.94％，远高于诸如碳化硅（88%）和氮化硅（70%）等，从而使得碳化硼内气孔的消除、晶界和体积扩散需要在℃以上充分发生。

一般情况下，普通碳化硼粉末在-℃无压烧结，只能达到80%-87%的相对密度。因为在如此高温的条件下烧结，晶粒会快速粗化、长大，不利于气孔的排除，并将产生大量的残余气孔使材料的致密性受到影响。目前为了提高碳化硼陶瓷的烧结致密度和性能，更多会采用热压烧结法，但这种工艺成本和价格都十分昂贵，导致热压碳化硼的应用相当有限，多集中在高端防护市场，如直升机、潜艇、冲锋舟和歼击机等装备的防护系统中。

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