炭化ホウ素セラミックスは新型セラミックスにおいて重要な耐摩耗性及び高硬度構造セラミックス材料である。ホウ素と炭素はいずれも非金属元素であり、しかも原子半径が近く、その結合方式は一般的な間隙化合物とは異なるため、炭化ホウ素セラミックスは高融点、超高硬度、低密度、耐摩耗と耐腐食など多くの独特な優れた性能を有し、国防、原子力、航空宇宙、機械、耐摩耗技術などの分野で、日に日にその広大な発展と応用の将来性を示している。

      1炭化ホウ素セラミックス特性

      炭化ホウ素という化合物は最初は1858年に発見されたが、1934年になって化学量論分子式B 4 Cの化合物が提案され認知された。

炭化ホウ素は現在知られている材料の中でダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素に次ぐ硬度を持つ超硬材料であり、硬度は3000 kg/mmに達する;密度は低く、わずか2.52 g/cmで、鉄鋼の1/3である。弾性率は450 GPaと高く、融点が高く、約2447℃、その熱膨張係数は低く、熱伝導率は高い。また、炭化ホウ素は優れた化学安定性を持ち、酸耐アルカリ耐食性があり、常温で酸アルカリ及び大多数の無機化合物液体と反応せず、フッ化水素酸−硫酸、フッ化水素酸−硝酸混合液の中だけで緩やかな腐食があり、しかも大多数の溶融金属と濡れず、作用が発生しない。炭化ホウ素は中性子を吸収する能力も優れており、これは他のセラミックス材料にはない。

      純炭化ホウ素の緻密化焼結は極めて困難である。これは、その共有結合部数が93.94%に達し、SiC（88%）、Si 3 N 4（70%）などの他の構造セラミックスよりも高いためである。したがって、炭化ホウ素内の気孔の除去、粒界と体積拡散の物質移動機構を2000℃以上にする必要がある。例えば、通常のB 4 C粉末は2250 ~ 2300℃で常圧焼結し、80%~ 87%の相対密度しか達成できない。このような高い温度で焼結すると、結晶粒は急速に粗大化して成長し、気孔の排除に不利であり、大量の残留気孔が材料の密度を制限することになる。したがって、炭化ホウ素の焼結には有効な添加剤を使用するか、圧力焼結を行う必要があります。

      2炭化ホウ素セラミックスの使用

      前述のように、B 4 Cセラミックスは低密度（SiCとSi 3 N 4セラミックスより密度が低い）、高硬度（SiCとSi 3 N 4より高い）、高弾性率、耐食性、耐摩耗、良好な中性子吸収性能、および良好な高温半導体特徴などを有し、国防、原子力、耐摩耗技術などの分野で広く応用されている。

      3.1防弾装甲分野

      B 4 Cセラミックスは軽量、超高硬、高弾性率特性を持っているため、防弾チョッキ、防弾ヘルメット、防弾装甲の最適な材料であり、1960年代から炭化ホウ素セラミックスをセラミックス装甲材料として応用し始めた。B 4 CセラミックスはSiC、Al 2 O 3などの他の防弾材料に比べて軽量で硬く、特に防弾装甲材料として武装ヘリコプターや他の航空機に適しており、砲弾に効果的に抵抗することができる。そのため、B 4 Cセラミックスは一般的に、米軍のV 22オスプレイ回転翼機の乗員座席など、防護性能に高い要求がある特殊な場合にのみ使用されている。また、英軍が使用している補強型人体保護具      （EBA）にも炭化ホウ素セラミックスを採用し、12.7 mm鋼心穿甲弾を防御することができる。

英国BAEシステム社の先進セラミックス子会社が生産する炭化ホウ素セラミックスは、米軍の「迎撃者」防弾衣として使用されている。1997年、米陸軍は製造技術計画の中でセラミックス装甲技術の研究プロジェクトを確定し、このプロジェクトは主に低コストで「迎撃者」防弾衣システムに必要な炭化ホウ素（B 4 C）軽兵器防護プラグ装甲を大量生産する方法を研究している。このプロジェクトに参加する単位は、米海兵隊、米陸軍兵士・生物化学司令部、専門防衛システム会社、Simula磯山会社、Cercom会社、およびCoorsTek社、Ceradyne社です。2012年までに6万8000着の「迎撃者」防弾衣が戦場に投入された。

      3.2耐摩耗技術分野

      耐摩耗技術と工学分野では、B 4 Cの高硬度を利用して製造された各種ノズル、船体の錆除去に用いられる砂除去器ノズル及び高圧噴射水切断用ノズル。B 4 Cノズルは過酷な使用条件下で最も寿命が長く、Al 2 O 3ノズルよりも数十倍寿命が向上し、SiCやWCノズルよりも寿命が長く、性価比が極めて高く、ブラスト加工業界の最適な選択である。B 4 Cの優れた化学的安定性は、スラリーと液状研磨機のノズルに使用できるようにする、B 4 Cから作られたすり鉢、研磨棒及び類似の研磨装置は、研磨過程による摩耗汚染を避けることができるため、化学分析作業における第一選択である。

炭化ホウ素は、硬質合金、エンジニアリングセラミックスなどの他の硬質材料の研磨、仕上げ、または粉砕プロセスの研磨材料として使用され、従来使用されていたダイヤモンド研磨材の代わりに、研磨プロセスのコストを大幅に削減することができる。例えば、炭化ホウ素素子は空気圧スライド弁、熱押出型、原子力発電所冷却システムのジャーナル軸受として用いられ、セラミックガスタービンにおける耐食性、耐摩耗性部材として使用される。

      3.3原子力分野

      原子炉炉心アセンブリにおいて、中性子吸収材料（制御棒、調整棒、事故棒、安全棒、シールド棒）は燃料要素に次ぐ重要な機能要素である。炭化ホウ素の中性子は吸収断面積が高く、吸収エネルギースペクトルが広く、価格が低く、原料源が豊富で、中性子を吸収した後に強い放射線二次放射線がなく、廃棄物処理が容易である。したがって、炭化ホウ素は重要な中性子吸収材料である。

      3.4温度差電対

      B 4 Cの熱電性を利用して、日本とドイツは2200℃の温度差を測定できる電気対を焼結し、高温の測定と制御に用いた。その高熱電性と安定性は長期的に信頼できる使用を可能にし、温度を繰り返し測定する。炭化ホウ素／黒鉛熱電対は、黒鉛管、炭化ホウ素棒及び両者の間の窒化ホウ素ブッシュからなる。不活性ガス及び真空中では、2200℃までの温度が使用される。600 ~ 2200℃の間では、電位差と温度の線形関係が良好である。

      3.5その他のアプリケーション

      B 4 Cは鉄水に対して安定であり、熱伝導性が良いため、機械工業の連続鋳型として使用することができる、B 4 Cの耐酸腐食と耐摩耗特性を利用して、ロケット液体エンジン燃料の流量変換器の軸尖に用いることができる、B 4 Cは長寿命ジャイロスコープの中で優れた気体軸受材料でもあるが、航空機、艦船、スペースブリッジ航空機などのキャリアの慣性ナビゲーションと慣性誘導システムの中でジャイロスコープは極めて重要な感受器である。

3炭化ホウ素セラミックスの不足点

      焼結技術の発展に伴い、炭化ホウ素セラミックスの優れた性はますます際立ち、その製品は現代技術がよく出会う高温、高速、強腐食媒体などの作業環境に対して、特殊な使用価値があり、多くの分野で潜在的な用途がある。炭化ホウ素セラミックスは広範な応用を得ているが、やはりコストが高く、破断靭性が低く、焼結温度が高すぎる（約2300℃）、抗酸化能力が悪い（空気中600℃で酸化を開始し、900℃で急速に酸化する）、金属に対する安定性が悪い（Ag、Cu、Sn、Znなどを除いてほとんどの金属と反応して金属ホウ化物を形成する）、機械加工が困難などがあり、これらの欠点は炭化ホウ素セラミックブロック材料の大規模な応用を制約している。そのため、今後も実際の使用環境の要求に基づいて、B 4 Cセラミックスの構造と性能を調整し、そして絶えず新しい焼結技術を改善し、発展させ、それによって絶えずその製造コストを下げ、その信頼性と強靭性を高め、炭化ホウ素セラミックスという優れたエンジニアリング材料をより広範な応用を得る必要がある。