Бориды - Самсонов Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Физико-химические свойства. Значительный интерес пред--ставляет зависимость термо-э, д. с. и удельного электросопротивления сплавов бора с углеродом от состава. Наиболее высокие значения термо-э. д. С- (250—300 мкв/град) соответствуют фазам В13С2 и В4С. -Этим карбидам и соединению В13С (В12С) отвечают максимальные значения сопротивления. Bi3C име'ет р-тип проводимости и относительно высокую термо-э. д. с. Фаза ВізСг, структура которой характеризуется линейной цепочкой C-—В — С, обнаруживает электронную проводимость, а фаза B4C с цепочкой С — С — С является дырочным полупроводником [24].
Электрические свойства IUC изучены во многих работах [24, 298, 414, 420, 772, 789]. Электросопротивление технического карбида бора почти на порядок ниже сопротивления чистого карбида. При повышении температуры до 5000C удельное электросопротивление технического карбида снижается вследствие возбуждения электронов примесей линейно до 0,04 ом-см, при 10000C составляет около 0,03 ом-см, после чего несколько повышается из-за рассеяния на тепловых колебаниях решетки и снова снижается при переходе к собственной проводимости карбида [420]. Ширина запрещенной зоны В4С в области собственной проводимости (выше 16000C) около 1,64 эв,
В работах [298, 497] при исследовании электрофизических свойств карбида В4С, полученного методом химического газофазного осаждения (плотность теоретическая, структура компактная слоисто-столбчатая), показано, что в исследованном интервале температур (20—10000C) соединение 78,5 ат. % В и 21,3 ат. % С представляет примесный полупроводник р-типа с концентрацией носителей 3,4 - 1020 см~г и подвижностью 0,13 см2/'(в-сек). Энергия активации примесных носителей тока составляет 0,22 эв. Теплопроводность образцов после двухчасо-
315
вого отжига при 10000C составила около 18 вт/ (м-град), абсолютная дифференциальная термо-э. д. с. 216 мкв/град.
Основные свойства карбидов бора сведены в табл. 94. PnC — относительно химически устойчивое соединение, что объясняется сильньїми ковалентными связями между атомами углерода и бора и низкой концентрацией нелокализованных электронов [24, 143, 435]. Этот карбид практически не разлагается минеральными кислотами и их смесями, включая смесь азотной и фтористрводородной кислот. Однако при обработке кипящими растворами щелочей EkC легко разлагается. Окисление карбида на воздухе начинается при температуре около 5000C и становится заметным при 800—1000° С. Сера, фосфор и азот не реагируют с ним при 1200° С. Хлор взаимодействует при 1000° С, бром и иод не действуют.
Таблица 94
Свойства соединений бора с углеродом
Свойство в.С B6,5C
Содержание бора, % 78,26 85,40
Структура Ромбоэдр аческая
Периоды решетки, А [89]:
а 5,598 5,630
с 12,12 12,19
с/а 2,165 2,16
Плотность, г/см? [89] Температура, 0C: 2,52 2,44
плавления 2440 [520] 2450 [24]
разложения 2250 [24] —
Теплота образования*, ккал/моль [49] Теплоемкость [24], ккал/(моль-град): 13,7±4,0 —
250 0C 12,5
1380 0C 30,3 _.
Коэффициент термического расширения, 10-е град-1 4,5 [527] 5,5 [24]
Удельное электросопротивление (при 200C)1 0,90** ~12**
ом-см [24]
Термо-э. д. е., мкв/град [24] 80** ~180**
Предел прочности, кГ/мм2 [8]: 180
при сжатии —
при поперечном изгибе 31 —
Микротвердость, кГ/мм2 4950 [253] 5600—5800 [88]
Коэффициент излучения (К = 0,655 мкм):
1800 0C 0,91**[24] _
1500 0C 0,85[443] —
•Для В4>233 ± 0,043 C4^x. ** Для очень чистых сплавов отехиометрнческого состава.
316
Некоторые свойства B4C приводятся в сообщениях [265, 563, 564, 705, 919]. В работах [24, 128, 444] изучена смачиваемость карбида многими жидкими металлами и лигатурами.
Компактные изделия из карбида бора получают обычно горячим прессованием при 2000—21000C и давлениях 200— 350 кГ/см2 [24, 537, 818]. В патенте [344] предложен способ спекания порошков металлов и соединений, в том числе B4C, импульсным методом за счет создания электрических разрядов между частицами при одновременном сжатии порошка под давлением. Разработаны методики получения покрытий [630] и нитей из BiC [666].
Карбид бора нашел широкое применение в машиностроении как в форме порошков, так и в форме спеченных или литых деталей. Благодаря высокой абразивной способности он используется при шлифовании и лолировании твердых материалов (стекол, керамики, кварца, минералов, технических камней), заточке и доводке резцовых пластин из твердых сплавов [9, 24, 442, 497, 839]. В форме спеченных изделий, сцементированных разными связками, этот материал применяется для изготовления шлифовальных и разрезных кругов, режущих элементов буровых колонок и инструментов для обработки твердых материалов, высокоомных сопротивлений, полупроводниковых термопар, наконечников мундштуков для сварки в защитных газах [24, 341, 345]. Износостойкость стальной поверхности (сталь 45), легированной карбидом бора, возрастает более чем в пять раз [115]. Карбид бора—составная часть многих наплавочных смесей, имеющих высокую стойкость против абразивного изнашивания [497, 524, 526, 700, 752].
