1. 碳化硼的性质及用途

　　从1893年研究制造的碳化硼到现在已经有一百多年的历程，碳化硼从不被人们所熟悉到应用到多个领域，从电阻炉实验到电弧炉生产，从卧式炉冶炼演变成立式炉冶炼，从世界的需求量几吨到几千吨，国内的产量也由几十吨/年发展到上万吨/年，碳化硼发展的如此迅速让硼行业刮目相看。

　　碳化硼具有高熔点（2450℃）、高硬度（莫氏硬度9.36，微氏显微硬度49Gpa）、高模量、密度小（2.52g/cm³）、耐磨性好，酸碱性强等特点，并具有良好的中子、氧气吸收能力、较低的膨胀系数（5.0Χ10-6·K-1））和热电性能（140s/m，室温），被广泛的应用在机械研磨、耐火、化工、工程陶瓷、核工业和军事等不同领域。对于碳化硼作为特种陶瓷的应用，其使用范围也日益增加。

　　1.1 碳化硼抗弹陶瓷

　　目前，AI2O3基抗弹陶瓷已用于“502工程”及“212工程”，但在战车车体侧面等部位采用AI2O3基陶瓷复合装甲时，其减重效果不明显，而采用同等厚度的高性能碳化硼陶瓷复合装甲则要比AI2O3基抗弹陶瓷质量减轻15%~20%,同是抗弹性能进一步提高。因而，开展高性能、低成本碳化硼抗弹陶瓷材料的研制与应用，可大大提高相关武器装备的使用性能，具有显著的军事效益和经济效益。碳化硼抗弹陶瓷材应用方向为重点装备工程，未来主战坦克、步兵战车空投空降车等轻型装甲车辆以及武装直升机腹板、船艇上层建筑的装甲防护。

　　对新型碳化硼材料体系，其性能取决于微观组织结构，而微观组织结构的形成与化学成分、绕结工艺和相反应过程密切相关。鉴于碳化硼陶瓷的特性和做为防弹装甲陶瓷的重要意义，我国已经研究了新型的碳化硼基超硬弹防陶瓷材料，从原料配方、烧结工艺到制成成品、性能检测等一系列工作，都取得了良好的结果，所研制的高性能B4C陶瓷达到了美军军标，为我国提供了一种新型的轻质高性能防弹装甲产品。

　　1.2 碳化硼涂层

　　碳化硼涂层技术的发展为其实际应用奠定了良好的基础，但目前，碳化硼涂层的实际应用还很有限，大多处于研究实验阶段。经多年的研究，受控核聚变反应装置取得了重大突破，可望在未来的四五十年内进行实际应用。碳化硼涂层除了用于托卡马克装置的第一壁保护外，还可用于其它收到高能通量轰击的部件，比如偏滤器、限制器等，因此，碳化硼涂层可作为受控聚变反应堆PFM的重要候选材料。

　　碳化硼涂层的另一个重要用途是非晶碳化硼涂层刀具，刀具涂层的主要目的是提高刀具的性能，增加刀具的寿命。国内已研发了等离子化学气相沉积的非晶碳化硼涂层，具有低温工艺、高硬度、粘结力强、表面光洁细腻、与加工工件的扩散焊接式可控制等特点，用该非晶碳化硼涂层刀具加工Ti、AI等金属是有效的。

　　2. 碳化硼生产现状

　　我国现有的碳化硼生产厂主要分布在黑龙江的牡丹江、黑河、辽宁大连、内蒙古通辽、吉林敦化等地。大连金玛硼业科技集团有限公司和牡丹江金刚钻碳化硼精细陶瓷有限公司强强联手，在国内市场上占有率达60%以上，奠定了碳化硼行业的龙头地位。据不完全统计，国内现有碳化硼冶炼能力可达10000~12000吨/年，碳化硼加工能力不超过6000吨/年。实际上各厂都没有满负荷生产，现有的产品几乎一半外销。近几年碳化硼产量波动在国内年需求1000~1500吨，国外年需求3000~3500的水平，其中耐火材料、防弹材料用量的比例远远大于研磨和工程陶瓷的用量。

　　随着碳化硼及制品行业的发展、科研水平的提高，目前，核能工业已经开始应用由碳化硼为原料制作的隔热防屏蔽墙体材料、芯块和中子吸收球。军工领域研制生产的各种防护装甲板和士兵防弹衣每年需求量逐年上升。因此国内高品位碳化硼超精细微粉产品非常紧缺。

　　国外市场中乌克兰是当前中国的有力竞争对手，其市场涵盖了欧美等发达国家，产量在1500~2000吨/年。其他国家如欧美等国家由于当地对碳化硼冶炼和生产环境污染控制的要求格外严格，加上能源和人工费用昂贵，几乎都不再生产碳化硼。2007~2008年度我国出口碳化硼约为3500吨。出口的价格分别为6800~1800美元/吨；进口碳化硼仅有1.2吨左右，价格达到29000美元/吨，而从欧洲进口的价格达到74000美元/吨。

　　国外碳化硼的刚性需求和我国出口碳化硼价格的差异，经济发达的国家在今后依然会通过我国进口碳化硼，也促使我们碳化硼行业要生产出满足他们需要的质量和规格。

　　3. 国内碳化硼产业主要规格

　　（见表1）

粒度标记 Grain Size	基本粒径 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. 碳化硼行业发展展望

　　目前，碳化硼及硼化物的高端应用领域中，如核工业材料、军用防护材料、摩擦材料、磨料磨具及陶瓷当局等范围，其中绝大部分都被欧美和跨国公司所垄断，他们利用中国价格低廉的原材料和自己独有的生产技术所制备的高、精、尖产品，获取高额的垄断利润。我国一方面在生产这些初级原材料时付出了沉重的环境代价和材料资源，另一方面又因为企业不得不进口这些高端产品而付出了高昂的经济代价。

　　经过对国内、外碳化硼粉体及碳化硼制品的市场调研和考察。同时针对国内、外市场对产品的需求逐渐增大，其产品的应用领域不断拓展，产品的价格受市场供求关系的影响，一直处于稳中有升的局面。目前国际市场碳化硼粉体的价格每吨在13~20万元左右。碳化硼陶瓷制品国际市场价格平均每吨在160~230万元。如果开发出超精细微粉和高功能材料产品来，就会有更大的利润空间。

　　此外，硼行业企业亟待加强与国内研究碳化硼制品的权威大学和科研院所共建科研技术中心进行合作研发，重点研制与航空航天和核能工业相配套的高功能材料和制品，满足国内碳化硼市场的需求。大连金玛硼业科技集团已力争在国内碳化硼超细微粉市场上达到70%以上的销售份额。

　　目前，国家已经把发展新型精细化工材料、特种材料和复合材料提升为国家发展战略的高度。用于防弹陶瓷的结构陶瓷主要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。

　　随着世界范围内核能的持续稳定发展，特别是我国核能战略的加快实施，从2005到2015年我国将建造30台百万千瓦级的核电机组。纳米碳化硼作为屏蔽和控制材料，将会在核反应堆中得到更好的应用，前景广阔，其潜在的经济和社会效益十分巨大。

　　根据我国核电能源建设的总体目标和世界能源发展战略，核工业用碳化硼材料以其性能优越，价格低廉等优点越来越受到核工业的青睐，应用范围在不断扩大。因此，核反应堆用碳化硼材料是一项长期的、稳定的发展方向，有助于核反应堆的国产化发展和促进核工业产品的出口，对我国大力推进的核能建设将起到很好的促进作用。

　　纳米碳化硼在核反应堆的应用做为一个课题越来越多的得到了人们的关注，其发展前景十分广阔。碳化硼在核反应堆中的应用：碳化硼与石墨复合，制备硼碳砖，用于反应堆外周，防止放射性物质外泄用于反应堆第二层防护，作反应堆屏蔽材料；吸收放射性物质用作反应堆控制棒，控制反应堆反应速度，并以控制棒做为第一停堆系统，碳化硼吸收小球做为反应堆第二停堆系统乏燃料处理中做为隔离块，避免发生意外临界。目前运行的反应堆中，约有50%使用了碳化硼做为控制和屏蔽材料，堆型涵盖：压水堆、沸水堆石墨堆、重水堆、高温气冷堆、快中子增殖堆，低温核供热堆。为了防治乏燃料在储存中发生意外临界，必须在密集储存的乏燃料元件或组件之间填充具有强中子吸收能力的隔离块，碳化硼是制备隔离块的良好材料。在国际上先进的乏燃料储存系统中，采用碳化硼材料作为隔离块，使原来可满足15年储存期的储存池，达到了国际原子能机构推荐的乏燃料临时贮存最少50年设计手寿命的要求。

　　碳化硼涂层技术的发展，为克服碳化硼材料本征脆性、加工困难等不利因素，充分发挥其优势性能提供了技术支持，使碳化硼涂层材料具有广阔的应用前景。目前，实际应用的碳化硼涂层主要集中在卡托马克装置的表面保护盒薄膜涂层刀具两方面，托卡马克表面涂层厚度较大，但涂层厚度较小，多为非结晶结构。碳化硼涂层要在众多领域获得广泛应用，如何让制备更均匀之谜的碳化硼涂层，提高涂层与基体之间的结合力，降低涂层应力仍是今后研究的重点。

　　随着科技的迅猛发展，碳化硼及硼化物发挥了越来越重要的作用，他们已经从最初的原料角色进入到材料研究界的舞台，并逐渐聚焦了国内外学者的目光。由于碳化硼及硼化物具有一些无与伦比的物理化学特性，是的它们在材料领域具有很多的优越性能以及非常重要的实用意义。我国应结合自身资源及市场需求特点，研究新的碳化硼工艺技术，进而开发出较好的精细化工产品及高新材料等高附加值产品，以促进工业经济的蓬勃发展。