炭化ホウ素の焼結に及ぼす炭素の影響

マグネシウム中の酸化ホウ素とカーボンブラックの反応により、2種類の炭化ホウ素粉末S-1とS-2を調製しました（2B2O3 + 6Mg + C = B4C + 6MgO）。粉末Ｓ－１は、反応が完了した直後に１５００℃で１０分間熱処理することにより調製され、Ｓ－２は、１６５０℃で熱処理することにより調製された。粉末を精製した後、サンプルの化学組成を分析しました。S-1とS-2のホウ素含有量はそれぞれ78.2±0.5at％と76.2±0.5at％であることがわかりました。微量のAl、Mg、Si、Fe、Mn、Cuが観察されたが、これらの不純物の総量は0.1％未満と推定され、残留部分は炭素のみで構成されていると見なされた。したがって、炭素の量はそれぞれ21.8および23.8at％として導き出されました。調製した粉末にさらにホウ素と炭素を加え、粉末成形体は、純粋なヘリウム中で2200°または2250°Cのいずれかで1時間焼結されました。Ｂ（またはＢ４Ｃ）－Ｃ系の共晶点の領域に対応する２５〜３０ａｔ％のＣを含む粉末を使用することにより、高密度（＞ ９０％ＴＤ）の炭化ホウ素ペレットが得られることが見出された。特に、93.7％TDの炭化ホウ素ペレットは、Cを27.7at％含む粉末を焼結することによって得られました。
B4C + C相の粒界の過剰な炭素は、焼結中の粒成長を阻害すると結論付けられました。同時に、粒界に炭素が存在するため、粒界でのB4C-C相の界面の融点は共晶点の融点まで低下します。これにより、材料の輸送が強化されました。この効果の結果、炭素含有量領域で２５〜３０原子％の高密度ペレットが得られた。