1. 碳化硼的性質及用途

　　從1893年研究制造的碳化硼到現(xiàn)在已經(jīng)有一百多年的歷程，碳化硼從不被人們所熟悉到應用到多個領域，從電阻爐實驗到電弧爐生產(chǎn)，從臥式爐冶煉演變成立式爐冶煉，從世界的需求量幾噸到幾千噸，國內(nèi)的產(chǎn)量也由幾十噸/年發(fā)展到上萬噸/年，碳化硼發(fā)展的如此迅速讓硼行業(yè)刮目相看。

　　碳化硼具有高熔點（2450℃）、高硬度（莫氏硬度9.36，微氏顯微硬度49Gpa）、高模量、密度小（2.52g/cm3）、耐磨性好，酸堿性強等特點，并具有良好的中子、氧氣吸收能力、較低的膨脹系數(shù)（5.0Χ10-6·K-1））和熱電性能（140s/m，室溫），被廣泛的應用在機械研磨、耐火、化工、工程陶瓷、核工業(yè)和軍事等不同領域。對于碳化硼作為特種陶瓷的應用，其使用范圍也日益增加。

　　1.1 碳化硼抗彈陶瓷

　　目前，AI2O3基抗彈陶瓷已用于“502工程”及“212工程”，但在戰(zhàn)車車體側面等部位采用AI2O3基陶瓷復合裝甲時，其減重效果不明顯，而采用同等厚度的高性能碳化硼陶瓷復合裝甲則要比AI2O3基抗彈陶瓷質量減輕15%~20%,同是抗彈性能進一步提高。因而，開展高性能、低成本碳化硼抗彈陶瓷材料的研制與應用，可大大提高相關武器裝備的使用性能，具有顯著的軍事效益和經(jīng)濟效益。碳化硼抗彈陶瓷材應用方向為重點裝備工程，未來主戰(zhàn)坦克、步兵戰(zhàn)車空投空降車等輕型裝甲車輛以及武裝直升機腹板、船艇上層建筑的裝甲防護。

　　對新型碳化硼材料體系，其性能取決于微觀組織結構，而微觀組織結構的形成與化學成分、繞結工藝和相反應過程密切相關。鑒于碳化硼陶瓷的特性和做為防彈裝甲陶瓷的重要意義，我國已經(jīng)研究了新型的碳化硼基超硬彈防陶瓷材料，從原料配方、燒結工藝到制成成品、性能檢測等一系列工作，都取得了良好的結果，所研制的高性能B4C陶瓷達到了美軍軍標，為我國提供了一種新型的輕質高性能防彈裝甲產(chǎn)品。

　　1.2 碳化硼涂層

　　碳化硼涂層技術的發(fā)展為其實際應用奠定了良好的基礎，但目前，碳化硼涂層的實際應用還很有限，大多處于研究實驗階段。經(jīng)多年的研究，受控核聚變反應裝置取得了重大突破，可望在未來的四五十年內(nèi)進行實際應用。碳化硼涂層除了用于托卡馬克裝置的第一壁保護外，還可用于其它收到高能通量轟擊的部件，比如偏濾器、限制器等，因此，碳化硼涂層可作為受控聚變反應堆PFM的重要候選材料。

　　碳化硼涂層的另一個重要用途是非晶碳化硼涂層刀具，刀具涂層的主要目的是提高刀具的性能，增加刀具的壽命。國內(nèi)已研發(fā)了等離子化學氣相沉積的非晶碳化硼涂層，具有低溫工藝、高硬度、粘結力強、表面光潔細膩、與加工工件的擴散焊接式可控制等特點，用該非晶碳化硼涂層刀具加工Ti、AI等金屬是有效的。

　　2. 碳化硼生產(chǎn)現(xiàn)狀

　　我國現(xiàn)有的碳化硼生產(chǎn)廠主要分布在黑龍江的牡丹江、黑河、遼寧大連、內(nèi)蒙古通遼、吉林敦化等地。大連金瑪硼業(yè)科技集團有限公司和牡丹江金剛鉆碳化硼精細陶瓷有限公司強強聯(lián)手，在國內(nèi)市場上占有率達60%以上，奠定了碳化硼行業(yè)的龍頭地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)現(xiàn)有碳化硼冶煉能力可達10000~12000噸/年，碳化硼加工能力不超過6000噸/年。實際上各廠都沒有滿負荷生產(chǎn)，現(xiàn)有的產(chǎn)品幾乎一半外銷。近幾年碳化硼產(chǎn)量波動在國內(nèi)年需求1000~1500噸，國外年需求3000~3500的水平，其中耐火材料、防彈材料用量的比例遠遠大于研磨和工程陶瓷的用量。

　　隨著碳化硼及制品行業(yè)的發(fā)展、科研水平的提高，目前，核能工業(yè)已經(jīng)開始應用由碳化硼為原料制作的隔熱防屏蔽墻體材料、芯塊和中子吸收球。軍工領域研制生產(chǎn)的各種防護裝甲板和士兵防彈衣每年需求量逐年上升。因此國內(nèi)高品位碳化硼超精細微粉產(chǎn)品非常緊缺。

　　國外市場中烏克蘭是當前中國的有力競爭對手，其市場涵蓋了歐美等發(fā)達國家，產(chǎn)量在1500~2000噸/年。其他國家如歐美等國家由于當?shù)貙μ蓟鹨睙捄蜕a(chǎn)環(huán)境污染控制的要求格外嚴格，加上能源和人工費用昂貴，幾乎都不再生產(chǎn)碳化硼。2007~2008年度我國出口碳化硼約為3500噸。出口的價格分別為6800~1800美元/噸；進口碳化硼僅有1.2噸左右，價格達到29000美元/噸，而從歐洲進口的價格達到74000美元/噸。

　　國外碳化硼的剛性需求和我國出口碳化硼價格的差異，經(jīng)濟發(fā)達的國家在今后依然會通過我國進口碳化硼，也促使我們碳化硼行業(yè)要生產(chǎn)出滿足他們需要的質量和規(guī)格。

　　3. 國內(nèi)碳化硼產(chǎn)業(yè)主要規(guī)格

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粒度標記 Grain Size	基本粒徑 Basic Size	B，% B，%	C，% C，%	B4C%
F60	250	77-80	17-21	96-98
F70	212
F80	180
F90	150
F100	125
F120	106
F150	75
F180	75-63	76-79		95-97
F220	63-53
F230	D50=53±3.0
F240	D50=44.5±20
F280	D50＝36.5±1.5	75-79		95-96
F320	D50＝29.2±3.0
F360	D50＝22.8±1.5
F400	D50＝17.3±1.0
F500	D50＝12.8±1.0	74-78		94-95
F600	D50＝9.3±1.0
F800	D50＝6.5±1.0
F1000	D50＝4.5±0.8	74-78		91-94
F1200	D50＝3.0±0.5
F1500	∠5
60#-50#	250 -75	76-81		93-97
-100目	∠150	76-81
-200目	∠75
－325目（0-44μm）	∠45
－25μm	∠25
－10μm	∠10

　　4. 碳化硼行業(yè)發(fā)展展望

　　目前，碳化硼及硼化物的高端應用領域中，如核工業(yè)材料、軍用防護材料、摩擦材料、磨料磨具及陶瓷當局等范圍，其中絕大部分都被歐美和跨國公司所壟斷，他們利用中國價格低廉的原材料和自己獨有的生產(chǎn)技術所制備的高、精、尖產(chǎn)品，獲取高額的壟斷利潤。我國一方面在生產(chǎn)這些初級原材料時付出了沉重的環(huán)境代價和材料資源，另一方面又因為企業(yè)不得不進口這些高端產(chǎn)品而付出了高昂的經(jīng)濟代價。

　　經(jīng)過對國內(nèi)、外碳化硼粉體及碳化硼制品的市場調(diào)研和考察。同時針對國內(nèi)、外市場對產(chǎn)品的需求逐漸增大，其產(chǎn)品的應用領域不斷拓展，產(chǎn)品的價格受市場供求關系的影響，一直處于穩(wěn)中有升的局面。目前國際市場碳化硼粉體的價格每噸在13~20萬元左右。碳化硼陶瓷制品國際市場價格平均每噸在160~230萬元。如果開發(fā)出超精細微粉和高功能材料產(chǎn)品來，就會有更大的利潤空間。

　　此外，硼行業(yè)企業(yè)亟待加強與國內(nèi)研究碳化硼制品的權威大學和科研院所共建科研技術中心進行合作研發(fā)，重點研制與航空航天和核能工業(yè)相配套的高功能材料和制品，滿足國內(nèi)碳化硼市場的需求。大連金瑪硼業(yè)科技集團已力爭在國內(nèi)碳化硼超細微粉市場上達到70%以上的銷售份額。

　　目前，國家已經(jīng)把發(fā)展新型精細化工材料、特種材料和復合材料提升為國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度。用于防彈陶瓷的結構陶瓷主要要有氧化鋁碳化硅和碳化硼。其中，碳化硼是防彈性能最優(yōu)的裝甲材料，目前用作飛機裝甲材料和特殊用途防護結構。氧化鋁雖然綜合防護系數(shù)最低，但因其成本最低，所以在護身裝甲和裝甲車輛方面獲得較多的應用。碳化硅防彈陶瓷無論是防護系數(shù)，還是成本都介于二者之間。因而，降低碳化硼防彈陶瓷材料的成本研究具有很強必要性和廣闊的應用前景。

　　隨著世界范圍內(nèi)核能的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，特別是我國核能戰(zhàn)略的加快實施，從2005到2015年我國將建造30臺百萬千瓦級的核電機組。納米碳化硼作為屏蔽和控制材料，將會在核反應堆中得到更好的應用，前景廣闊，其潛在的經(jīng)濟和社會效益十分巨大。

　　根據(jù)我國核電能源建設的總體目標和世界能源發(fā)展戰(zhàn)略，核工業(yè)用碳化硼材料以其性能優(yōu)越，價格低廉等優(yōu)點越來越受到核工業(yè)的青睞，應用范圍在不斷擴大。因此，核反應堆用碳化硼材料是一項長期的、穩(wěn)定的發(fā)展方向，有助于核反應堆的國產(chǎn)化發(fā)展和促進核工業(yè)產(chǎn)品的出口，對我國大力推進的核能建設將起到很好的促進作用。

　　納米碳化硼在核反應堆的應用做為一個課題越來越多的得到了人們的關注，其發(fā)展前景十分廣闊。碳化硼在核反應堆中的應用：碳化硼與石墨復合，制備硼碳磚，用于反應堆外周，防止放射性物質外泄用于反應堆第二層防護，作反應堆屏蔽材料；吸收放射性物質用作反應堆控制棒，控制反應堆反應速度，并以控制棒做為第一停堆系統(tǒng)，碳化硼吸收小球做為反應堆第二停堆系統(tǒng)乏燃料處理中做為隔離塊，避免發(fā)生意外臨界。目前運行的反應堆中，約有50%使用了碳化硼做為控制和屏蔽材料，堆型涵蓋：壓水堆、沸水堆石墨堆、重水堆、高溫氣冷堆、快中子增殖堆，低溫核供熱堆。為了防治乏燃料在儲存中發(fā)生意外臨界，必須在密集儲存的乏燃料元件或組件之間填充具有強中子吸收能力的隔離塊，碳化硼是制備隔離塊的良好材料。在國際上先進的乏燃料儲存系統(tǒng)中，采用碳化硼材料作為隔離塊，使原來可滿足15年儲存期的儲存池，達到了國際原子能機構推薦的乏燃料臨時貯存最少50年設計手壽命的要求。

　　碳化硼涂層技術的發(fā)展，為克服碳化硼材料本征脆性、加工困難等不利因素，充分發(fā)揮其優(yōu)勢性能提供了技術支持，使碳化硼涂層材料具有廣闊的應用前景。目前，實際應用的碳化硼涂層主要集中在卡托馬克裝置的表面保護盒薄膜涂層刀具兩方面，托卡馬克表面涂層厚度較大，但涂層厚度較小，多為非結晶結構。碳化硼涂層要在眾多領域獲得廣泛應用，如何讓制備更均勻之謎的碳化硼涂層，提高涂層與基體之間的結合力，降低涂層應力仍是今后研究的重點。

　　隨著科技的迅猛發(fā)展，碳化硼及硼化物發(fā)揮了越來越重要的作用，他們已經(jīng)從最初的原料角色進入到材料研究界的舞臺，并逐漸聚焦了國內(nèi)外學者的目光。由于碳化硼及硼化物具有一些無與倫比的物理化學特性，是的它們在材料領域具有很多的優(yōu)越性能以及非常重要的實用意義。我國應結合自身資源及市場需求特點，研究新的碳化硼工藝技術，進而開發(fā)出較好的精細化工產(chǎn)品及高新材料等高附加值產(chǎn)品，以促進工業(yè)經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展。