Der Einfluss von Kohlenstoff auf das Sintern von Borcarbid

Zwei Arten von Borcarbidpulvern, S-1 und S-2, wurden durch die Reaktion von Boroxid mit Ruß in Magnesium (2B2O3+6Mg+C=B4C+6MgO) hergestellt. Pulver S-1 wurde durch 10-minütige Hitzebehandlung bei 1500ºC unmittelbar nach Beendigung der Reaktion hergestellt, während S-2 durch Hitzebehandlung bei 1650ºC hergestellt wurde. Nach der Reinigung der Pulver wurde die chemische Zusammensetzung der Proben analysiert. Die Borgehalte in S-1 und S-2 betrugen 78,2 ± 0,5 at% bzw. 76,2 ± 0,5 at%. Eine Spurenmenge von Al, Mg, Si, Fe, Mn und Cu wurde beobachtet, aber die Gesamtmengen dieser Verunreinigungen wurden auf weniger als 0,1% geschätzt, und der Restanteil wurde als ausschließlich aus Kohlenstoff bestehend betrachtet. Daher wurden die Kohlenstoffmengen zu 21,8 bzw. 23,8 at% abgeleitet. Dem hergestellten Pulver wurde noch etwas Bor und Kohlenstoff zugesetzt, und die Pulverpresslinge wurden 1 Stunde lang entweder bei 2200 °C oder 2250 °C in reinem Helium gesintert. Es wurde festgestellt, dass Borcarbid-Pellets mit hoher Dichte (> 90% TD) durch Verwendung von Pulvern erhalten werden konnten, die 25 bis 30 at% C enthielten, was dem Bereich des eutektischen Punktes des B (oder B4C)-C-Systems entspricht. Insbesondere wurden Borcarbid-Pellets mit 93,7 % TD durch Sintern des Pulvers erhalten, das 27,7 Atom-% C enthielt.
Daraus wurde geschlossen, dass überschüssiger Kohlenstoff an Korngrenzen in der B4C+C-Phase das Kornwachstum während des Sinterns hemmen würde. Gleichzeitig würde aufgrund des Vorhandenseins von Kohlenstoff an den Korngrenzen der Schmelzpunkt der Grenzfläche der B4C-C-Phase an den Korngrenzen auf den des eutektischen Punktes sinken; dadurch wurde der Materialtransport verbessert. Als Ergebnis dieses Effekts wurde ein hochdichtes Pellet im Kohlenstoffgehaltsbereich von 25 bis 30 at% erhalten.