L’effetto del carbonio sulla sinterizzazione del carburo di boro

Due tipi di polveri di carburo di boro, S-1 e S-2, sono state preparate per reazione di ossido borico con nerofumo in magnesio (2B2O3+6Mg+C=B4C+6MgO). La polvere S-1 è stata preparata mediante trattamento termico per 10 minuti a 1500°C immediatamente dopo il completamento della reazione, mentre S-2 è stato preparato mediante trattamento termico a 1650°C. Dopo aver purificato le polveri, è stata analizzata la composizione chimica dei campioni. Il contenuto di boro in S-1 e S-2 è risultato essere rispettivamente di 78,2±0,5 at% e 76,2±0,5 at%. È stata osservata una quantità di tracce di Al, Mg, Si, Fe, Mn e Cu, ma le quantità totali di queste impurità sono state stimate inferiori allo 0,1% e la parte residua è stata considerata costituita esclusivamente da carbonio. Pertanto le quantità di carbonio sono state derivate rispettivamente come 21,8 e 23,8 at%. Alcuni boro e carbonio sono stati ulteriormente aggiunti alla polvere preparata, e le polveri compatte sono state sottoposte a sinterizzazione per 1h a 2200° o 2250°C in elio puro. È stato scoperto che il pellet di carburo di boro ad alta densità (>90% TD) potrebbe essere ottenuto utilizzando polveri che contenevano C dal 25 al 30 at%, che corrisponde alla regione del punto eutettico del sistema B (o B4C)-C. In particolare, per sinterizzazione della polvere, che conteneva C del 27,7 at%, è stato ottenuto un pellet di carburo di boro con 93,7% di TD.
Si è concluso che il carbonio in eccesso sui bordi dei grani nella fase B4C+C inibirebbe la crescita dei grani durante la sinterizzazione. Contemporaneamente, per la presenza di carbonio ai bordi dei grani, il punto di fusione dell’interfaccia della fase B4C-C ai bordi dei grani diminuirebbe a quello del punto eutettico; in tal modo è stato potenziato il trasporto dei materiali. Come risultato di questo effetto, è stato ottenuto un pellet ad alta densità nella regione del contenuto di carbonio del 25-30%.