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碳化硼具有密度低、硬度高、中子吸收截面大和耐腐蚀等优点，在防弹材料、中子吸收材料和耐磨材料方面具有重要应用。应用时碳化硼陶瓷通常的特点是大尺寸和复杂的外形及致密的内部显微结构。但碳化硼是强共价键材料，扩散传质困难，不易烧结致密。目前制备致密碳化硼陶瓷的常用方法是热压烧结，但热压烧结的制品尺寸较小、形状简单，而且制备和加工成本很高。本研究希望通过胶态成型和烧结两方面的研究，为将来低成本制备大尺寸、复杂形状的致密碳化硼陶瓷打下基础。 本文研究了碳化硼的两种胶态成型方法:注浆成型和水基凝胶注模成型。由于胶态成型对粉体的分散稳定性要求比较高，本文研究了碳化硼粉体的表面性质、表面的金属杂质和氧化硼对粉体分散稳定性的影响，并选择四甲基氢氧化铵(TMAH)作为分散剂，以提高粉体的分散性。研究了TMAH的分散机制，优化了TMAH含量(0.18wt.％)，制备了高固含量(55vol.％)、稳定的浆料，并采用注浆成型制备了结构均匀的碳化硼陶瓷素坯。 在粉体分散良好的基础上，本文研究了凝胶注模成型。凝胶注模成型是制备大尺寸、复杂形状制品的关键技术。凝胶体系的研究是凝胶注模成型的重要方面。从工业应用和环保的角度考虑，低毒和无毒凝胶体系是应用的首选，因此本研究选择的凝胶体系为低毒的丙烯酰胺体系、水基环氧体系和无毒的水溶性高分子体系。研究发现，采用的这三种体系的物质大都很难制备稳定的、用于凝胶注模成型的浆料。最后采用小分子量环氧稀释剂和固化剂咪唑体系，成功实现了碳化硼陶瓷的凝胶注模成型，制备了抗弯强度为12.7MPa、微结构均匀的碳化硼素坯。 由于凝胶注模成型的可控性还存在问题，故本文采用注浆成型的碳化硼素坯来研究碳化硼陶瓷的无压烧结和反应烧结。无压烧结需要加入烧结助剂，以促进致密化。本论文研究了三个烧结助剂体系:Cr3C2和炭黑两个单组份体系，及Al2O3/SiC双组份体系。研究了烧结温度和烧结助剂含量对碳化硼陶瓷烧结性能的影响。高温实时观察和显微结构分析发现，Cr3C2作为烧结助剂时，最高相对密度可达95％，但此时晶粒过大，而且性能较差。相对较优的结果是，采用30wt.％ Cr3C2作为烧结助剂，在2070℃烧结后相对密度达93％，抗弯强度达440MPa。采用Al2O3和SiC分别作为烧结助剂时，Al2O3可以降低晶粒内气孔率，但难以抑制晶粒过度生长。而SiC可以抑制晶粒长大，但难以促进致密化，因此本文将两者结合起来作为烧结助剂。优化的烧结助剂含量为10wt.％Al2O3-30 wt.％ SiC，在2170℃烧结后收缩率达14％，抗弯强度接近400MPa。炭黑作为碳化硼烧结助剂时，优化的助剂含量是15wt.％，2160℃和2250℃烧结后致密度可达98.6％。本文发现，高温时形成液相可能是三种烧结助剂促进碳化硼陶瓷致密化的重要原因。 从上面看到，常压烧结制备的碳化硼陶瓷材料仍存在残余气孔。为制备致密的碳化硼陶瓷材料，本文研究了反应结合碳化硼(RBBC)陶瓷的制备。反应结合法能够在较低温度制备大尺寸、复杂形状、致密的碳化硼基陶瓷材料。由于采用注浆成型制备素坯，本文首先研究了注浆成型浆料的固含量和球磨时间对素坯性能的影响，以及素坯性能和渗硅温度对最终RBBC性能的影响。结果表明，虽然浆料的固含量和球磨时间对素坯的性能有明显影响，但是素坯的性能以及反应温度对于最终得到的RBBC的性能影响不明显。烧结后的RBBC陶瓷由B12(B，C，Si)3，SiC和Si三相组成。材料的密度、抗弯强度、维氏硬度、断裂韧性和弹性模量分别为2.52g/cm3，350-400MPa，16-17GPa，3MPa·m1/2和280GPa。残余Si的含量和尺寸分别在27.27-28.09 vol.％和0.400-0.450μm。本文在素坯中引入5-20wt.％炭黑，通过碳与Si反应来降低了残余Si的尺寸。渗硅后，样品的各个力学性能指标有不同程度的上升。加入20wt.％C时，RBBC的硬度上升最明显，可达19.33GPa。此时，Si的尺寸和含量分别为0.288μm和26.84vol.％。 为进一步降低残余Si的含量和尺寸，本文首先采用粗细颗粒级配的方式，研究了不同的粗粉w14，w10，w7与细粉w1.5(D50=512.7nm，比表面积为12.10 m2/g)级配时素坯相对密度的变化规律。结果表明，采用w10与w1.5粉体混合，在体积比为6∶4时，素坯相对密度最高，为70％。进一步研究了w14，w10，w7与实验室自制的细粉（D50=323.7nm，比表面积为14.78m2/g）级配混合时素坯相对密度的变化规律。结果表明，采用w10与细粉体混合，在体积比为5∶5时，素坯相对密度最高，为75％。渗硅后，Si的含量降低到10.66vol.％，尺寸则为0.293μm。样品硬度可达21.92GPa，与未级配样品相比有明显提高。但抗弯强度、断裂韧性和弹性模量也没有明显的提升。在颗粒级配基础上，进一步引入5-20wt，％碳黑来降低残余硅的尺寸。渗硅后，Si的尺寸和含量分别在0.066-0.124μmand13.65-16.85vol.％范围。各样品的维氏硬度基本相同，均可达25GPa，与未加碳黑的样品相比有了明显的提高。抗弯强度和断裂韧性没有明显提高，抗弯强度在420MPa左右，断裂韧性在2.4-2.7MPa· m1/2范围。从显微结构和密度方面考虑，较优的碳黑含量是10wt.％，此时的残余硅的含量和尺寸为14.04 vol.％和0.124μm。此外，本文对渗硅过程中样品的显微结构演变进行了深入地分析。 常压和反应结合制备的陶瓷材料中含有其他相的性能较差，而且密度比碳化硼高，这难以发挥碳化硼的优势。因此本文提出采用放电等离子烧结(SPS)制备纯碳化硼陶瓷材料。放电等离子烧结具有升温速率快，烧结效率高的特点，制备的样品晶粒细小、结构均匀，力学性能更优。本文通过烧结行为、显微结构和相组成分析，研究了纯碳化硼陶瓷SPS的烧结致密化的机理，及烧结温度、升温速率和保温时间对致密化和性能的影响。结果表明，最佳的烧结温度为1600℃，低于文献报道的烧结温度。1600℃烧结后，碳化硼致密度可达98.33％以上，抗弯强度可达828MPa，硬度可达31GPa。1500-1550℃烧结时，较慢的升温速率有利于致密化，而1600℃烧结时，较慢的升温速率会导致过大晶粒出现。而保温时间对烧结致密化的影响较小。通过对XRD和显微结构分析，研究了促进碳化硼致密化的机理。