L’effet du carbone sur le frittage du carbure de bore

Deux sortes de poudres de carbure de bore, S-1 et S-2, ont été préparées par réaction d’oxyde borique avec du noir de carbone dans du magnésium (2B2O3+6Mg+C=B4C+6MgO). La poudre S-1 a été préparée par traitement thermique pendant 10 minutes à 1500°C immédiatement après la fin de la réaction, tandis que S-2 a été préparée par traitement thermique à 1650°C. Après purification des poudres, la composition chimique des échantillons a été analysée. Les teneurs en bore dans S-1 et S-2 étaient respectivement de 78,2±0,5at% et 76,2±0,5at%. Des traces d’Al, de Mg, de Si, de Fe, de Mn et de Cu ont été observées, mais les quantités totales de ces impuretés ont été estimées à moins de 0,1 % et la partie résiduelle a été considérée comme étant uniquement constituée de carbone. Par conséquent, les quantités de carbone ont été dérivées de 21,8 et 23,8 %, respectivement. Du bore et du carbone ont en outre été ajoutés à la poudre préparée, et les compacts de poudre ont été soumis à un frittage pendant 1 h soit à 2200° soit à 2250°C dans de l’hélium pur. Il a été constaté que des pastilles de carbure de bore à haute densité (> 90 % TD) pouvaient être obtenues en utilisant des poudres contenant 25 à 30 % de C, ce qui correspond à la région du point eutectique du système B (ou B4C)-C. En particulier, une pastille de carbure de bore à 93,7 % de TD a été obtenue par frittage de la poudre, qui contenait 27,7 % de C.
Il a été conclu qu’un excès de carbone sur les joints de grains dans la phase B4C+C inhiberait la croissance des grains pendant le frittage. Simultanément, du fait de la présence de carbone aux joints de grains, le point de fusion de l’interface de la phase B4C-C aux joints de grains diminuerait jusqu’à celui du point eutectique ; ainsi, le transport des matériaux a été amélioré. En raison de cet effet, une pastille de haute densité a été obtenue dans la région de teneur en carbone de 25 à 30 % at.