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核级碳化硼定义：是用于核工业方面的工程陶瓷材料之一，可以吸收中子、防辐射广泛，应用于原子反应堆隔离控制棒与核电站的屏蔽材料，是国家重点发展的材料。碳化硼在核工业中是重要的中子吸收材料。
核级碳化硼检测项目：总硼、总碳、可溶性硼、同位素分析（质谱法）、游离碳、铁、铝、硅、钙、钴、铬、铜、镁、锰、钼、磷、镍、钛、钨、锆和氟、氯等化学成分。
核级碳化硼检测标准：ASTM C791-2019《核级碳化硼的化学、质谱及光谱分析标准方法》、JB/T 7993-2012 碳化硼化学分析方法、YS/T 423.1～5-2000 系列标准《核级碳化硼粉末化学分析方法》
一、概述
普通磨料碳化硼-作为已知Zui坚硬的三种材料之一（仅次于金刚石和立方相氮化硼），适用于硬质材料的磨削、研磨及抛光，如超硬合金、宝石等硬质材料，陶瓷耐磨零件，包括磨耗增强板、泵零件、轴承、喷嘴、阀零件工程陶瓷（包括结构、环境和过程用陶瓷）等。碳化硼在核工业中是重要的中子吸收材料，又称核级碳化硼。化学成分是影响碳化硼使用性能的关键因素，对产品的生产和应用具有重要的指导意义。
不同的用途场合所对应的各成分指标均有所不同。其中JB/T 3294-2017《普通磨料碳化硼》中各粒度号要求如表1所示。
表1 各粒度号产品的化学成分
粒度范围 | 化学成分（%） | |||||
B4C≥ | B总≥ | C总≥ | B2O3≤ | C游≤ | Fe2O3≤ | |
F4～F90 | 95.00 | 76.00 | 20.00 | 0.20 | 1.50 | 0.25 |
F100～F220 | 96.00 | 77.00 | 20.50 | 0.15 | 2.00 | |
F230～F600 | 95.00 | 76.50 | 20.00 | 0.15 | 3.00 | |
F800～F1200 | 92.50 | 75.00 | 20.00 | 0.20 | 4.00 | |
在核工业相关标准规范中，对碳化硼的技术指标有详细规定的主要是《ASTM C750-2018 StandardSpecifification for Nuclear-Grade Boron CarbidePowder》和《EJ/T20077-2014铅硼聚乙烯板》，具体的指标要求如表2和表3所示。
表2 核级碳化硼技术要求
序号 | 化学成分 | 指标要求 | 检测依据 |
1 | 总硼Total boron (B) | 73.0%-81.0% | ASTMC750-2018 ASTMC791-2019 |
2 | 硝酸可溶硼Nitric acid-soluble boron(B) | ≤0.5% | |
3 | 水溶性硼Water-soluble boron(B) | ≤0.2% | |
4 | 钙Calcium (Ca) | ≤0.3% | |
5 | 铁Iron(Fe) | ≤1.0% | |
6 | 总硼+总碳total boron +total carbon(B+C) | ≥98.0% | |
7 | 氟Fluoride(F) | ≤25μg/g | |
8 | 氯Chloride(Cl) | ≤75μg/g |
表3 铅硼聚乙烯板对碳化硼的指标要求
化学成分（质量分数）% | 检测依据 | |||||
B4C≥ | B总≥ | C总≥ | B2O3≤ | C游≤ | Fe2O3≤ | EJ/T20077-2014 JB/T7993-2012 |
95.00 | 76.50 | 20.00 | 0.15 | 3.00 | 0.25 | |
二．不同的化学分析方法
1.普通磨料碳化硼化学成分分析主要依据《JB/T 7993-2012 碳化硼化学分析方法》标准检测，该标准主要分析碳化硼样品中总硼、总碳、三氧化二铁、二氧化硅、三氧化二硼、游离硼、游离碳等7项。从该标准中可以看出总硼、总碳、三氧化二硼、游离硼、游离碳是碳化硼分析检测中的重点。由于碳化硼存在不同的同分异构体属于非化学式化合物，B4C含量的检测主要通过化合硼和化合碳含量计算出来。
2.核级碳化硼分析主要依据《ASTMC791-2019《核级碳化硼的化学、质谱及光谱分析标准方法》》标准检测，该标准规定了总硼、总碳、可溶性硼、同位素分析（质谱法）、游离碳、铁、铝、硅、钙、钴、铬、铜、镁、锰、钼、磷、镍、钛、钨、锆和氟、氯等化学成分检测方法。该标准检测项目覆盖了核级碳化硼的技术指标，为核工业相关用户提供了检测依据和方法。
3.国内核级碳化硼标准主要为YS/T 423.1～5-2000 系列标准《核级碳化硼粉末化学分析方法》，主要项目为总硼量、总碳量、铁量、游离硼量、氧含量等五项。该系列标准涵盖了碳化硼样品中氧含量的检测，为核级碳化硼粉末及芯块提供了检测方法。
4.碳化硼各项目检测技术对比
表4 碳化硼标准方法技术对照表
标准 | 检测项目及方法 | ||||||||
总硼 | 可溶于硝酸的硼/游离硼 | 可溶于水的硼/氧化硼 | F/Cl | Ca | Fe /Fe2O3 | 总碳 | 游离碳 | 氧含量 | |
JB/T 7993-2012 | 酸碱中和滴定 | 酸碱中和滴定 | 酸碱中和滴定 | 无 | 无 | 分光光度法测定氧化铁 | 气体容量法 | 吸收重量法 | / |
ASTM C791-2019 | 电位滴定/ICP-OES | 电位滴定/ICP-OES | 电位滴定/ICP-OES | 离子选择电极 | ICP-OES | ICP-OES | 红外吸收法 | 库仑法/红外吸收法 | / |
YS/T 423-2000 | 酸碱中和滴定 | 酸碱中和滴定 | 无 | 无 | 无 | 分光光度法测定铁 | 气体容量法 | / | 惰气熔融-红外吸收法 |
