【日經(jīng)BP社報(bào)道】
圖1：碳化硼陶瓷的成形體。左為燒結(jié)前，右為燒結(jié)后。
圖2：利用新技術(shù)制成的成形體與熱壓材料的機(jī)械特性比較
圖3：各種材料的比剛性
圖4：新開(kāi)發(fā)的燒結(jié)法
圖5：基于熱壓法（上）與常壓燒結(jié)法（下）的制造工藝的比較
日本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所等開(kāi)發(fā)出了碳化硼陶瓷的常壓燒結(jié)技術(shù)（圖1，2）。該技術(shù)由產(chǎn)綜研先進(jìn)制造工藝研究部門高性能部材化工藝研究小組的研究組長(zhǎng)長(zhǎng)吉澤友一和陶瓷廠商美濃窯業(yè)（總部：名古屋市）共同研發(fā)而成。采用此次開(kāi)發(fā)的常壓燒結(jié)技術(shù)，可大幅降低復(fù)雜形狀部件和燒結(jié)體的價(jià)格，更加便于在使用硬質(zhì)且輕量材料時(shí)選用碳化硼陶瓷。
碳化硼在實(shí)用陶瓷中具備硬度高、重量輕的特點(diǎn)。彈性系數(shù)也很高，比剛性（材料比重除以彈性系數(shù)得到的數(shù)值）超過(guò)其他的陶瓷、碳纖維復(fù)合材料以及鈹合金（圖3）。由于這些特性，使得碳化硼陶瓷有望成為耐磨損構(gòu)件材料，以及比剛性高的輕量構(gòu)件材料。
另一方面，碳化硼與碳化硅相比存在不易燒結(jié)的缺點(diǎn)。目前，碳化硼陶瓷的工業(yè)燒結(jié)法采用熱壓等燒結(jié)法，但與常壓下燒結(jié)而成的其他陶瓷相比，制造成本高。這是因?yàn)椋戏椒ㄖ荒軣Y(jié)出單一形狀的成形體，燒結(jié)后必須使用高價(jià)的鉆石工具進(jìn)行研削，才能加工成想要的形狀。為了更大范圍地使用碳化硼陶瓷，與普通陶瓷一樣，需要開(kāi)發(fā)常壓燒結(jié)法。
與常壓燒結(jié)法相關(guān)的研究此前絕大多數(shù)是添加較多的燒結(jié)助劑（促進(jìn)燒結(jié)的輔助材料）。不過(guò)，添加燒結(jié)助劑會(huì)導(dǎo)致碳化硼陶瓷具有的高硬度及輕量等優(yōu)點(diǎn)減少。
此次的研究表明，不采取加壓及添加燒結(jié)助劑的手段，在含有金屬蒸汽的環(huán)境中燒結(jié)，碳化硼陶瓷即可變得緊密。另外，在金屬蒸汽方面，采用鋁（Al）時(shí)的效果尤為明顯。將不添加燒結(jié)助劑的碳化硼成形體在與Al不接觸的條件下放入石墨坩鍋，在常壓氬氣體中以2200℃以下的溫度燒結(jié)后，得到了超過(guò)理論密度（95％）的高密度碳化硼陶瓷燒結(jié)體（圖4）。
制成的碳化硼陶瓷燒結(jié)體雖然含有Al，但其含量低于1％，因此不會(huì)影響碳化硼陶瓷的性能。另外，如果在該成形體中添加1％左右的硅和鎢等燒結(jié)助劑，還可進(jìn)一步提高密度。
常壓燒結(jié)可一次燒結(jié)出大量燒結(jié)體，因此與熱壓燒結(jié)相比，可大幅提高制造效率（圖5）。另外，還可利用現(xiàn)有的成型法制成所要的形狀、進(jìn)行燒結(jié)，所以可將燒結(jié)后的研削加工減少到最小限度。產(chǎn)綜研表示，常壓燒結(jié)法的制造成本在熱壓燒結(jié)法的2/3以下。
采用新技術(shù)可降低目前使用碳化硼的噴砂處理用噴嘴和密封環(huán)等的價(jià)格。另外，產(chǎn)綜研等認(rèn)為，碳化硼還可應(yīng)用于形狀復(fù)雜的機(jī)械部件、硬盤(pán)底板以及半導(dǎo)體曝光裝置用高速移動(dòng)工作臺(tái)等要求重量輕、耐磨損的領(lǐng)域。
產(chǎn)綜研等今后將進(jìn)一步改進(jìn)燒結(jié)條件等，繼續(xù)對(duì)制造工藝進(jìn)行研究。另外，為了克服碳化硼的缺點(diǎn)，該公司還考慮在材料中使用碳化硅高韌性化方法。（記者：松田 千穗）
