引言
材料作为人类社会生存进步的重要物质基础，和人民的生产生活、国家的经济发展、以及国防领域都息息相关，新材料技术已经成为衡量一个国家的科技水平和工业发展的重要指标。随着现代科学技术的飞速发展，人类社会对材料的性能也提出了更高的要求，在一代代学者的努力下，已经研制出了多种新型材料。碳化硼迄今为止已经有了近年的发展历史，其原子结构近年来已被广泛研究，其主要的晶体结构是12个原子组成的二十面体和在二十面体上的连接的一个三原子链，该结构也被称为六角结构，碳原子和硼原子在六角结构上能互相取代，这也导致了碳化硼具有很多种同分异构体。由于碳化硼晶体结构的特殊性决定了其具有很多优异性能，比如熔点高、硬度高、密度低、热稳定性能好、耐磨损，抗化学腐蚀能力强和中子吸收能力强等，碳化硼陶瓷材料正日益彰显出广阔的发展应用前景。
碳化硼陶瓷的制备工艺大致分为粉体制备、成形、烧结、后续加工处理等流程，其中粉体成形工艺以及烧结方法是十分关键的步骤，对成品的最终性能具有极大影响。而要获得高性能的陶瓷材料，素坯的优劣是先决条件，因此合理选择成形方法至关重要，主要有干压成形、凝胶注模成形以及等静压成形几种。笔者总结了碳化硼复合陶瓷的主要成形和烧结方法，并对其应用做出全面的综述。
1、无压烧结
无压烧结是一种常规的烧结方法，它是指在常压状态下，将成形后的坯体放置于常压烧结炉，按照设计的烧结温度和一定的气氛条件下，坯体经过物理化学变化，成为体积稳定、具有一定性能的致密块体，这是最常用，也是最简单的一种烧结方式。为了促进烧结，通常需要加入烧结助剂，如金属单质、氧化物、硼化物等，能够起到除取碳化硼颗粒表面的氧化层，降低烧结温度，抑制晶粒长大，提高力学性能等作用。常用的烧结助剂如下表１所示。
采用AI作为烧结助剂，在℃下烧结1ｈ，烧成的碳化硼陶瓷弯曲强度达到了Mpa，硬度最高达HV。史秀梅等选用AI2O3和Y2O3作为碳化硼陶瓷的烧结助剂，探究了复合烧结助剂对碳化硼陶瓷组合和性能的影响：当添加量为0.75％时，经过℃的高温烧结，烧成后的陶瓷相对密度达到了96.4％，抗弯强度为Mpa，硬度为26.47Gpa。促进烧结的主要原因是在烧结过程中产生的Y3AI5O12液相大量分布于碳化硼晶粒周围，使组织变得更加致密，碳化硼的晶粒细小且形状趋向规则,有利于气孔的排除。无压烧结碳化硼陶瓷由于工艺简单、成本较低，烧结条件没有太多要求，广泛应用于大规模的工业生产，但是由于烧结温度高，晶粒容易过度长大，使烧结过程难以控制，产品性能不稳定。
2、热压烧结
热压烧结是将混合均匀的碳化硼粉末装入到高强石墨模具内，放置于热压烧结炉中，在对样品加热的同时进行加压，从而烧结形成致密而均匀的陶瓷制品，是成形和烧结过程相结合的一种烧结方法。
采用热压烧结工艺，以TiB2作为烧结助剂，当添加量为30％时，碳化硼复合陶瓷的抗弯强度达到了Mpa，相比于单体B4C，提高了65％，断裂韧性最高为６6.7Mpa·ｍ1／2，TiB2和基体B4C热膨胀系数不匹配导致裂纹偏转，吸收了更多能量，是断裂韧性提高的主要原因。杜贤武等探究了粉末粒径对碳化硼陶瓷热压烧结致密性和力学性能的影响，他们采用粒径为nm的碳化硼粉末，经过℃热压后保温1ｈ，得到的碳化硼陶瓷相对密度为90.5％，硬度为17Gpa粉末粒径的减小主要降低了陶瓷中的气孔数量，晶粒尺寸细小，微观组织得到明显改善，从而提高了材料的致密性和硬度。热压烧结制备的碳化硼陶瓷显微组织优良，致密化程度高，力学性能优异，但是还存在着工艺较复杂、生产规模小，效率低等缺陷。
３、高温等静压烧结
高温等静压烧结(HIP)是通过气体介质在高温的状态下同时对试样施加压力，使陶瓷粉末、坯体或者预烧体在各个方法受到均匀的力，实现致密化的一种烧结方法。常用的气体介质是氩气或氮气，气压通常为几十到几百兆帕。这种烧结方法能够在较低温度下制备高强度、高致密性、形状复杂、尺寸精确的陶瓷部件。唐国宏等选择TiB2和W2B5作为B4C的弥散相，通过热等静压烧结T＝0℃，P＝MPa，t＝30min），制备出的碳化硼陶瓷的抗弯强度高达Mpa，断裂韧性为5.6Mpa·m1／2经分析是由于弥散相和碳化硼基本界面结合较弱，并且热膨胀系数不匹配，冷却过程中产生较大的内应力，使裂纹扩展沿界面进行，裂纹扩展路径的曲折化是碳化硼陶瓷力学性能提高的主要原因。
4、放电等离子烧结
放电等离子烧结(SPS)是将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，集活化、热压、加热为一体，制备高性能陶瓷，是一种快速烧结方法。具有升温速率快，烧结时间短，结构均匀，成品晶粒细小等特点。另外，SPS通过有效放电能使颗粒产生局部高温，表面熔化，能够去除颗粒表面的氧化膜。
BonomIoIＩ等选用TiB2作为烧结助剂，利用放电等离子烧结制备了B4C基复合陶瓷，抗弯强度为Mpa，维氏硬度最高为54Gpa，平均断裂韧性为4.81ＭPa·m1／2，魏红康等研究发现，烧结压力和保温时间对碳化硼陶瓷放电等离子烧结的性能有显著影响，烧结压力提高至50Mpa时，试样的致密度逐渐增大，但是受石墨模具强度的限制，无法进一步提高压力。随着保温时间的增加，材料力学性能提高，分析认为，由于保温时间增加，使试样内部的气孔减少，晶界强度增加，断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂，这是力学性能提高的主要原因。
5、反应烧结
反应烧结碳化硼陶瓷是用碳化硼粉末和有机粘结剂混合均匀，通过将硅、铝、镁等熔融金属及其合金在真空环境下熔渗到碳化硼预制体中，从而实现陶瓷素坯的致密化。
与传统的烧结方法相比较，反应烧结碳化硼陶瓷的优点有：①能够生产形状复杂且几乎零收缩率的大尺寸制品；②制造成本较低，可以实现在工业上大规模的生产制造；③烧结温度低、时间短，可以有效地抑制烧结制品在高温下发生的诸多不利反应与变化。例如会引起晶粒的粗化与异常长大，不利于气孔的消除，从而导致的大量残余气孔使材料致密度受到一定限制等后果。
6、其他烧结方法
微波烧结是指利用微波直接与物质粒子(分子、离子)发生作用，将微波能转化为材料内部的热能和动能，使材料整体均匀加热至一定的温度，实现致密化烧结的方法，具有升温速度快、烧结温度低，细化组织，提高性能，安全无污染等优点，被称为新一代烧结方法。AnthonyThuauIt通过微波烧结制备了B4C／Sic复合陶瓷。烧结过程在氩气氢气气氛下进行，制备的复合陶瓷除了B4C和Sic相外，还含有少量的Si相，平均硬度值为22Gpa，和传统的反应烧结制备的陶瓷硬度差别不大，可以通过调整原料配方，减少残余Si的含量来提高其力学性能。除此之外，还有超高压烧结、等离子束熔融法等烧结方法，得到的陶瓷制品性能优异，但是由于工艺复杂、设备和技术要求高，生产成本高昂等原因，目前难以实现大规模工业化生产。
二、应用领域
1、国防领域
碳化硼陶瓷主要应用于防弹方面，和其他材料相比，具有轻质、硬度高等优异的性能，是制作防弹头盔，防弹背心的最佳材料，在武装直升机和坦克的防弹装甲，轻质装甲上也发挥了显著的作用，能够有效抵御炮弹的袭击。制作防弹陶瓷重点需要考虑三方面因素，分别是性能、质量（面密度）以及成本。需要在这3种因素之间达到一种平衡，即在满足防弹性能的前提下，将密度和成本做的更低，才能更好地满足需要。景德镇特种陶瓷研究所成功研制出高性能B4C陶瓷，为我国提供了一种新型的轻质高性能防弹装甲产品，但在国内碳化硼陶瓷防弹领域的应用大部分处于试用阶段，市场还未被完全开发，具有很大潜力。
2、化学领域
碳化硼的化学性质稳定，在℃下几乎不发生氧化反应，当温度在℃以上时，表面会被氧化形成B2O3薄膜，可以阻止BO3进一步的氧化，因此能用作耐火材料中的抗氧化剂。碳化硼可以作为合金的硼化剂，在高温下能够与合金反应生成一种硼化物薄层，该薄层作为增强材料，能够有效提高合金的耐磨性能和强度等。
3、耐磨领域
因为碳化硼具有耐磨损，不和酸碱发生反应，耐高温高压，在极端条件下仍具有优秀的性能，用于各种工业喷嘴，使用寿命长，性价比高，逐步取代传统的硬质合金、氧化铝、氧化锆等材质的喷嘴，成为了喷砂加工业的最佳选择，在硬质合金玻璃等材料的研磨抛光等加工领域也有广泛应用。
4、核能领域
因碳化硼中子吸收能力强，不会形成放射性同位素，是理想的中子吸收剂，在核工业中备受青睐，主要应用包括制作硼碳砖，防止放射性物质的外泄；碳化硼经过常压烧结后，制成块状，能够用于核反应堆的屏蔽材料，也可制成控制棒，调节棒等控制核分裂的速率。
5、航天航空领域
碳化硼的耐酸碱性和耐磨性好，能够用于制备火箭液体发动机燃料的流量变送器轴尖；陀螺仪对于飞行器中的惯性导航和惯性制导系统是极其重要的部件，在陀螺仪中添加碳化硼可以有效增加使用寿命。
三、讨论与总结
近几十年来，科学技术飞速发展，尤其是电子信息技术、计算机技术、空间技术、生物纳米技术的进步，迫切需要新型材料。特种陶瓷是最有发展前景的重要材料之一，而碳化硼陶瓷由于性能优异，能够在各种工作环境下应用，在众多领域具有特殊的使用价值。但是仍然存在着断裂韧性差，生产成本高，烧结温度高，机械加工困难等缺点，严重制约了碳化硼陶瓷的大规模应用。因此，今后需要按工业化生产要求，优化原料配方，不断完善和发展制备烧结工艺，调控结构和性能，在降低生产成本的同时，提高使用性能，使碳化硼陶瓷得到更为广泛的应用。
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