碳化硼部件及其制備方法

專利名稱：：碳化硼部件及其制備方法
技術領域：
：本申請基于并要求2005年4月11日提交的、題為PressurelessSinteringofBoronCarbide的美國專利臨時申請第60/670050號的權益，在此要求其優先權，并將其公開內容通過引用結合在此。
背景技術：
：碳化硼(這里也稱為B4C)是次于金剛石和立方體氮化硼的第三最硬的材料。通過與其理論密度(2.52g/cm"相結合，B4C是用于個人防護品的首選材料-通常以前和后平板的形式，其與聚合物襯背粘結，并被用作對空炮火裝甲中的沖擊填充物。B4C也被用于核屏蔽應用，因為硼具有高的中子吸收截面。另外，B4C以特殊形式用作研磨劑，并且可作為用于淤漿泵和噴砂處理的噴嘴材料，原因在于其優異的耐磨性。有效的彈道裝甲材料必須具有非常高的硬度以及非常高的斷裂韌性。當高速拋射體與彈道材料如B4C的表面接觸時，壓縮震動波從接觸、產生拉伸、切線應力的點半球狀地延伸，其導致從接觸點散發出的徑向裂紋。這些切線應力優先在孔隙和裂縫部位撕開裂紋。因此，B4C的沖擊性能隨減小的孔隙率而增加，即隨著增加的焙制相對密度增加。實現近理論密度需要大量的熱壓(gang-hotpressuring)(在壓力下的堆疊部件)。熱壓導致不能夠進行復雜形體的成本有效的制備。例如，形成合體的護甲部分的制造將會需要在熱壓制加工后進行機械加工，這既昂貴又在技術上困難。復雜形體(包括合體形式的部分)在無壓燒結下是可能的。根據現有技術，試劑例如碳、SiC、A1203、TiB2、A1F3和W2B5巳被用作無壓燒結中的燒結劑，以增加燒結的密度。但是，所述試劑導致的第二相對于B4C的機械行為具有有害的影響。最著名的B4C燒結劑是碳。根據一種現有技術的方法，酚醛樹脂被用作碳的來源。源自酚醛樹脂的碳分散在圍繞B4C顆粒的周圍，并且也起到壓制劑的作用。在使用碳作為燒結劑已得到至多98%的相對密度。但是，當碳用作無壓燒結中的燒結劑時，其帶來不希望的第二相以及諸如石墨的材料，這不利地影響B4C的機械性能。沒有燒結劑下的B4C的無壓燒結是有困難的。Schwetz等在US4195066中提及了以下研究，其中B4C在接近熔點溫度下進行無壓燒結。但是，與通過熱壓法產生的材料相比，所得材料在一項考察中的缺點是相對密度低，在另一項考察中的缺點是機械性能低劣。另外，Schwetz等指出，因為該方法要求達到接近B4C熔點的溫度，其損壞了試樣的尺寸穩定性。在轉讓給本發明的受讓人、其主題通過引用結合在此的US專利申請系列第10/867442號中公開了一種方法，其中碳化硼可以通過無壓燒結進行燒結，無需特意加入燒結劑。盡管根據系列號10/867442，無壓燒結可以導致高的相對密度，但是石墨仍然可能存在于燒結的碳化硼主體中。所存在的石墨是天然意義上的，其存在不是因為添加任何特意加入B4C粉末中以促進燒結的(非天然的)燒結劑。相反，天然的石墨可以因為B4C的揮發而出現，或其可以因為在B4C粉末中存在過量的碳(化學計量的B4C所需要的過量的碳)而出現。通過這些本領域的常識公知的是，B4C的硬度隨游離碳(石墨)第二相含量的增加而顯著陡降。因為硬度是的B4C重要性質，所以希望應盡可能多地除去石墨。此外，在根據現有技術的方法中，施加高的等壓壓制以增加無壓燒結B4C主體的相對密度。滿意的是增加無壓燒結的碳化硼主體的相對密度，以改進其機械性能。
發明內容本發明的一個目的是提供具有低石墨含量的燒結的碳化硼主體。本發明的另一個目的是降低石墨在接近B4C主體區域表面的濃度，以提高其外部表面的硬度。本發明的另一個目的是在無需加入燒結劑的條件下提高無壓燒結B4C主體的相對密度。根據本發明的一個方面，B4C部件是由碳化硼主體制得，其包括具有外部表面和中心區域的天然的石墨相，其中石墨在鄰近外部表面的區域中的濃度低于石墨在中心區域的濃度。在本發明的一個實施方案中，鄰近外部表面的區域基本上不含石墨，其意味著在所述區域中存在的石墨不能通過X-射線衍射檢測到。此外，在本發明的優選實施方案中，所述碳化硼主體不包括任何源自非天然燒結劑的相，因為根據優選的實施方案，用于形成碳化硼主體的方法無需使用燒結劑。因此，除源自就原料(例如石墨)而言天然存在的元素的雜質、殘余物或相以外，所述優選實施方案只包括化學計量的B4C。本發明的B4C主體是防護品裝備的一部分。例如，本發明的B4C主體是個人防護品的一部分，例如頭盔，或符合人體(男性或女性)部分輪廓的防護品，所述部分例如頭、軀干、背部、腹股溝、手臂、腿、肩或臀部。制備本發明的碳化硼主體的方法包括形成碳化硼的未加工主體；在所述碳化硼主體周圍產生硼富集的蒸氣環境，以抑制硼從碳化硼的優先蒸發；以及燒結所述碳化硼主體。為了產生硼富集的蒸氣，可以通過將氮化硼主體置于所述碳化硼主體附近或與其接觸，或者通過將碳化硼主體充填在產生硼富集的蒸氣的粗顆粒碳化硼中來限制源自碳化硼的硼蒸氣，或防止其溢出，由此所述試樣可受益并產生有利的結果。在優選的實施方案中，所述碳化硼的未加工主體不含非天然的燒結劑。此外，.優選采用無壓燒結技術來燒結本發明的未加工主體。在一個優選的實施方案中，所述無壓燒結包括以第一加熱速度加熱所述碳化硼的未加工主體至第一浸滲溫度(soaktemperature)第一段時間，接下來以第二加熱速度加熱所述碳化硼加工主體至第二浸滲溫度第二段時間；以及以一定的冷卻速度冷卻所述碳化硼主體。在第一階段中，所述碳化硼主體可以在真空中或在He/H2的氣體混合物存在下加熱。如果所述碳化硼在氣體混合物的存在下浸滲，則優選使所述碳化硼主體在He存在下或在真空中浸滲另一段時間，以從所述碳化硼主體內的裂縫位置清除H2。為了產生硼富集的蒸氣，在一個實施方案中可以降低He的流速，以防止硼蒸氣的溢出。第一加熱速度可以是每分鐘50-150。C，第一浸滲溫度可以是1100-140(TC，第二加熱速度可以是每分鐘50-150°C，第二浸滲溫度可以是2100-240(TC。根據本發明的另一方面，一種制備碳化硼主體的方法包括提供包括多個不同尺寸的碳化硼顆粒的碳化硼粉末物質；從所述碳化硼粉末物質分離選擇直徑或更小的碳化硼顆粒；從所述分離的碳化硼顆粒形成碳化硼的未加工主體；無壓燒述碳化硼的未加工主體，以得到燒結的碳化硼主體。在優選的實施方案中，分離步驟通過離心碳化硼物質的水懸浮體進行。另外，優選對所述碳化硼的未加工主體進行無壓燒結，通過在He/H2的氣體混合物的存在下或在真空中，以第一加熱速度加熱碳化硼的未加工主體至第一浸滲溫度第一段時間，接下來以第二加熱速度加熱所述碳化硼主體至第二浸滲溫度第二段時間。如果所述碳化硼主體在氣體混合物的存在下浸滲，則優選使所述碳化硼主體在He的存在下或在真空中浸滲另一段時間，以便從所述碳化硼主體內的裂縫位置排出H2。第一加熱速度可以是每分鐘50-150。C，第一浸滲溫度可以是1100-1400。C，第二加熱速度可以是每分鐘50-15O°C，第二浸滲溫度可以是2100-2400°C。本發明的其它特征和優點可以從參考附圖的以下本發明的說明書所顯見。圖1所示為本發明碳化硼主體的頂部俯視圖。圖2所示為圖1的碳化硼主體沿線2-2按箭頭方向觀察的剖視圖。圖3-8所示為根據本發明的部件。圖9所示為幾個碳化硼試樣的表面區域的XRD曲線。圖IO所示為幾個碳化硼試樣的中心區域的XRD曲線。具體實施例方式參考圖1和2，本發明實施方案的B4C部件是由具有天然石墨相的碳化硼主體10制得。碳化硼主體10包括外部表面12和中心區域14。根據本發明的一個方面，石墨在鄰近外部表面的低石墨濃度區域16中的濃度低于其在中心區域14中的濃度。這樣，中心區域14由低石墨濃度的區域16所圍繞。優選地，低石墨濃度的區域16基本上不含石墨，這意味著區域16不包括可由X射線衍射(XRD)檢測到的足夠的石墨。據相信，目前XRD設備的狀態可以檢測到低至約0.05-0.1%(基于摩爾)的石墨。低石墨濃度的區域16可以是任意厚度的。在本發明所公開的實施例中石墨不可以由XRD檢測到，該XRD可以穿過約25微米而進入碳化硼主體中。由此，低石墨濃度的區域16可以是25微米厚。此外，在本發明的優選實施方案中，所述碳化硼主體10不包含源自非天然燒結劑的任何相，因為根據本發明優選實施方案，用于形成碳化硼主體10的方法無需使用燒結劑。因此，除源自就原料(例如石墨)而言天然存在的元素的雜質、殘余物或相以外，優選的實施方案只包含化學計量的碳根據本發明，一種制備碳化硼主體的方法包括形成碳化硼的未加工主體；在所述主體周圍產生硼富集的蒸氣環境，以抑制硼從碳化硼的優先蒸發；以及燒結所述碳化硼的主體。為了產生硼富集的蒸氣，可以通過將氮化硼主體置于所述碳化硼主體附近或與其接觸，或者通過將碳化硼主體充填在產生硼富集的蒸氣的粗顆粒的碳化硼中，來限制從碳化硼的硼蒸氣或防止其溢出，由此試樣受益并產生有利的結果。優選使氮化硼主體與碳化硼的未加工主體接觸。優選地，所述碳化硼主體根據US專利申請系列第10/867442號(下述的)中所闡述的方法無壓燒結，在無壓燒結后，所述燒結體可以通過高等壓壓制步驟(后-HIP步驟)進一步燒結，如US申請系列第10/867442號中所描述的。具體而言，US專利申請系列第10/867442號(轉讓給本申請的受讓人)公開了在無壓燒結中不采用燒結劑時受限的致密化可以是由于在B4C顆粒上的B203涂層。其進一步公開到，B203涂層的蒸發使得能夠有直接的B4C-B4C接觸，以及在1870-2010'C之間的致密化中的相應的脈動(surge)。簡單地說，根據所述專利申請系列第10/867442號的公開內容，為了除去B203涂層，在爐子中流動He-H2的氣體混合物的存在下或在真空中，在1100-140(TC的溫度下加熱B4C的未加工主體試樣。如果在無壓燒結之前使用所述氣體混合物，則在繼續加熱之前將氫氣完全從爐腔中清除掉。否則，相信在B4C顆粒內裂縫位置中殘留的氫氣可促進B4C的增加的蒸發/冷凝粗化，并因此得到較低的最終密度。為了清除氫氣，所述試樣可以在無壓燒結之前在He中浸滲或在真空中保持一段時間。為了產生硼富集的蒸氣，在一個實施方案中可降低He的流速，以防止硼蒸氣的溢出。其后(在驅趕出8203之后)，所述碳化硼主體在He的存在下以50-150'C/分鐘的速度加熱至選自2100-240(TC范圍內的浸滲溫度，并保持在所述浸滲溫度下，直到收縮速度約為0.005%/分鐘。另外，所述系列第10/867442號教導了無壓燒結的樣品可以進一步用后-HIP步驟來致密化。當在310MPa的氣壓下進行壓制時，如此致密化的部件達到高于99%的RD值。無壓燒結應當保持在低于2336匸下，以避免碳化硼的分解，分解對于碳化硼制件的機械性能有不利的影響。而且，無壓浸滲的溫度應當不超過2317°C，以便防止石墨的形成，石墨形成又可以對碳化硼制件的機械性能有不利的影響。US專利申請系列第11/311026號(轉讓給本發明的受讓人)公開了對該系列第10/867442號所述方法的改進，其公開了當所述浸滲溫度選擇在以上所述的范圍內時可以達到的有益結果的基本細節。11/311026的公開內容通過引用結合在此。根據本發明的優選實施方案，沒有使用燒結劑來摻雜用于形成碳化硼的未加工主體的碳化硼粉末。但是，對于形成碳化硼的未加工主體的方法沒有具休的限制。即，所述碳化硼主體可以使用任何已知的方法形成，包括粉漿澆鑄、CIPing等。在本發明的優選實施方案中，用于除掉氧化硼的方法基本與系列第10/867442號中所述及其在US專利申請系列第11/311026號的改進中所闡述的相同。簡單地說，所述方法包括在He和H2氣體混合物的存在下，或在真空中在1100-1400。C之間的溫度下加熱未加工主體，以驅趕出氧化硼，并得到還原的碳化硼主體。其后，如果使用了氣體混合物，則在流動He的存在下或在真空中，在相同的溫度下保持經還原的碳化硼主體，以驅趕出在所述經還原的碳化硼主體的裂縫中殘留的任何H2。驅趕出氧化硼和驅趕出殘余H2所需的時間可以變化。系列第10/867442號要求30-120分鐘來驅趕出氧化硼，120-480分鐘驅趕出殘留的氫氣。這些時間值可取決于所述碳化硼的未加工主體的尺寸而變化。值得注意的是，真空與H2在用于除去B203時一樣有效。H2與B203反應，形成此后被除去的氣體。真空去除由B203產生的蒸氣，其又會導致進一步的B203蒸發，直到己全部將其去除。在排出掉H2之后，將經還原和吹掃過的碳化硼主體加熱至浸滲溫度，并在He的存在下保持在該溫度下，直到收縮速度達到約為0.005%/分鐘。隨后，冷卻所述碳化硼主體。本發明無壓燒結的碳化硼主體可以進一步通過后-HIPing致密化，以提高其沖擊能力。為了后-HIP碳化硼主體，相信需要93%或更大的相對密度。圖l和2中舉例說明的實例顯示為圓柱體。但是，本發明不限于圓柱體。具有其它形狀的其它復雜形體在本發明的范圍內。例如，本發明的B4C主體可以成型而變為防護品裝備的一部分。具體來說，本發明的B4C主體可以成型而變為個人防護品的一部分，或符合人體(男性或女性)一部分輪廓的防護品部分，例如頭、軀干、背部、腹股溝、手臂、腿、肩、臀部。參考圖3，根據本發明的基于B4C的部件可以是制造用于胸部保護的插入物26，其通常符合人體胸部的輪廓。由此，例如插入物可以制備為通常符合女人或男人身體的輪廓。參考圖4，根據本發明的B4C部件20可以制造成適合于頭盔的內部，其通常符合人體頭骨的外部表面輪廓。預期0.2"厚的插入物20可以輕至1.5磅。參考圖5，根據本發明的B4C部件可以制作為用于肢體保護，其通常符合人體肢體部分的輪廓。由此，舉例來說，部件可以制作為通常與人體的大腿22、脛骨24或膝蓋26部分的輪廓吻合。與現有技術的防護品插入物不同，本發明的插入物是單塊的、一件式的形體，而不是由小片等平板材制得的負載在襯背材料上的防護品部分。因此，預期根據本發明而制得的零件(part)可以具有優異的沖擊性能。但是，本發明可被用于形成在現有技術的防護品裝備中使用的沖擊片。根據本發明的這樣的碳化硼片28的實例見圖6中所示。本發明的碳化硼部件不限于沖擊應用。例如，參考圖7，用于淤漿泵和噴砂處理的碳化硼噴嘴30可以制作為不需進行明顯的后期-制作成型相關的活動，如機械加工。本發明的方法可以用于形成其它復雜形狀的碳化硼部件。例如從圖8中可見，本發明的碳化硼部件可以是碳化硼坩鍋32。本發明的B4C部件也可以用作車輛和飛行器的防護品。在這兩種情況下，以及具體在飛行器的情況下，所述防護品的重量是重要的因素。實施例l以下舉例說明本發明的碳化硼及其制造方法的實例。將碳化硼粉末在300MPa的壓力下壓進6.44mm直徑、高度約5mm的圓柱體中，實現的未加工的密度為約66%。在一種情況下，將試樣放置在粗晶粒的碳化硼粉末上，而在另一種情況下，將試樣放置在直徑為4.45cm、高度為約5mm的六邊形氮化硅的壓制圓盤上。所述試樣在石墨絕熱爐的石墨加熱元件中加熱。將所述試樣在50:50的流動He/H2氣體混合物中以5(TC/分鐘的速度加熱至130(TC，在所述溫度下浸滲30分鐘，接下來在流動的純He中進一步浸滲2小時。這之后是在流動氦氣中以10(TC/分鐘將試樣加熱至225(TC，并保持1小時。隨后在He流動中以5(TC/分鐘冷卻試樣。達到室溫后，將這些試樣從爐中取出，其頂部和底部表面用研磨紙(120號粗砂的SiC，Struers，Cleveland,OH)打磨，以除去接近表面的碎片(該研磨相信不會除去任何的燒結B4C)。將該試樣沿徑向在軸中心進行切割。與定位器(B4C或六邊形BN)接觸的對面表面(切割之前)此時用X射線衍射(XRD，PW1800粉末X射線衍射計，Phillips,Maliwah,NJ)照射，其結果在圖9中所示。表示試樣中心的切割表面也用XRD進行分析，結果在圖10中所示。圖9和10所示為B4C粉末在熱處理前、用BN定位器(setter)熱處理以及未用BN定位器(B4C粉末定位器)熱處理的對比。圖9所示為試樣表面的XRD曲線，其中(曲線32)使用了BN定位器、其中(曲線38)未使用BN定位器，還有碳化硼粉末的曲線(曲線40)。圖IO所示為試樣中心部分的XRD曲線，其中(曲線34)使用了BN定位器，其中(曲線42)未使用BN定位器，還有碳化硼粉末的曲線(曲線40)。具體參考圖9的曲線34，當使用BN定位器時，石墨從試樣的近表面(X射線衍射的穿透深度為約25微米)被除掉(至XRD將檢測的水平)了。特別參考圖10的曲線36，以峰面積為基礎，在其中使用了BN固定器的試樣中心中，游離石墨的含量明顯減少。不希望受理論的限制，相信在接近以及在浸滲溫度為225(TC的溫度下，BN定位器產生了硼或含硼的氣體物種的實質性蒸氣壓。這些氣體與B4C壓縮體(compact)中的碳反應，形成更多的碳化硼，并抑制碳化硼在這些溫度下形成硼富集的蒸氣、留下后面的碳的趨勢。由于外部蒸氣相比近試樣中心的區域更容易接近近表面區域，所以接近所述中心的游離石墨減少，但是沒有消除掉。隨著燒結試樣至接近閉合孔隙的情況，這將會變得更加如此。作為本領域中的公知常識，B4C的硬度隨游離碳(石墨)第二相含量的增加而下降。根據本發明的方法消除近表面區域的石墨，這將顯著增加硬度，以及相應的燒結體的機械性能(包括耐磨和沖擊性能)。注意，如上所述，硼富集的蒸氣可以通過將所述碳化硼主體充填在粗的碳化硼中或通過減小He流速而產生。已觀察到后兩種實施方案的積極作14用。具體而言，觀察到根據現有技術制備的試樣在其外部表面上具有薄的石墨層，其可以被輕易地被擦掉而露出下面的碳化硼。但是，當使用前述兩種方法的任一種時，所述試樣的表面實際上是碳化硼(沒有柔軟的黑色表明殘余物)。也發現，根據本申請中所闡述的以及在US專利申請系列第10/867442號中所闡述方法制備的碳化硼主體的相對密度可以在形成未加工主體前通過精制所述碳化硼而進一步改進。具體而言，根據改進的方法，將選擇直徑或更小(例如直徑1微米或更小)的碳化硼顆粒與包含多個不同尺寸的碳化硼顆粒的所述碳化硼粉末物質分離，使用任何己知方法從含有分離的碳化硼顆粒的粉末形成碳化硼的未加工主體；然后燒結所述未加工主體。將從分離的顆粒形成的未加工主體根據這里所闡述的以及在US專利申請系列第10/867442號和11/311026號中所公開的方法燒結。而且，在優選的方法中，所述碳化硼顆粒通過離心分離，雖然也可以采用其他方法來實現所述分離步驟。以下提供了根據本發明方法的實施例的細節。實施例2以下是使用以上所述的改進方法制備碳化硼主體的方法實例的細節。如通過供應商(H.C.Stark,HS-grade)提供的分析證書(CertificateofAnalysis)所表明的，本發明方法中使用的碳化硼粉末是具有各種尺寸顆粒的粉末。具體而言，所述證書顯示，dso粒度為0.84微米，d9o粒度為2.73微米，d1()粒度為0.2微米。使用具有500ml瓶子的離心機作為進行分離步驟的裝置(GS-6,Beckman-Colter,Fullerton,CA)。將40g原始樣品的H.C.SterckHS放入400ml去離子水中，搖動并置于離心機中。使用Stoke法則，沉淀>1.0微米碳化硼的目標rpm是200g(其中g是重力加速度)(1000rpm)10分鐘。將離心分離后浮在表面的物質傾析，并在105'C的烘箱中干燥。通過研缽和搗錘壓碎干燥的粉末，并通過100目的篩子振動。然后將所述粉末壓入圓柱體中，并于設置在石墨臺架上的石墨爐中使用如實施例1中所列舉的條件(例外在以下列舉沐燒結。在燒結熱處理后，所述試樣的相對密度使用阿基米德原則(使用去離子水作為浸漬液)進行測量，基于B4C的理論密度為2.52g/cm3。所述結果在表1中給出。在樣品#2中，將所述試樣在1300'C時暴露于機械泵真空下30分鐘，其所起作用與采用H2/He處理除掉B4C顆粒上的8203涂層的目的一致。對兩個不同的浸滲溫度2200'C和250(TC進行評價。在所有的情況下，所測量的相對密度驚奇地發現是過量的98%。在其中單軸壓制(uniaxialpressing)壓力較低的情況下，形成徑向裂紋的傾向減少了。這些裂紋更經常是在較大的部分上觀察到的，原因在于在粉末的單軸壓制后的不均勻的顆粒充填。較低的壓制壓力削弱了該問題，且沒有犧牲最終的燒結體的相對密度。單軸壓制后，同樣眾所周知冷的等壓壓制消除了該問題。得到的結果是重要的，因為在前期工作中沒有離心分離所述粉末時得到的相對密度通常約為96.5%。值得注意的是，高于98%的相對密度與通過熱壓制后得到的相同，但沒有熱壓制法所帶來的形狀限制。具體而言，應當注意到，其中顆粒被如上所述分離的方法可以用于形成復雜的形狀，例如在圖3-9中及這里描述的所說明的。因此，碳化硼部件可以制造成復雜的形狀，所用材料的性能可與通過熱壓制法制造的那些B4C部件相類比。表l:離心粉末的未加工主體和焙燒條件，以及所得的相對密度<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>注意，如果在形成未加工主體前在模具中超聲波振動碳化硼粉末，根據這里所公開的全部實施方案的方法可以得到進一步改進。觀察到得到的未加工主體的相對密度為55%，與此相對照，當振動碳化硼粉末且不采用它時相對密度是55%。盡管己根據其具體的實施方案描述了本發明，但是對本領域技術人員而言，很多的其它變化和改動及其它用途是顯而易見的。因此，優選的是，本發明不由這里所公開的內容限定，而是僅有所附權利要求限定。權利要求1、一種部件，其包括具有外部表面和中心區域的碳化硼主體，所述碳化硼主體包含石墨，其中石墨在與所述外部表面相鄰的區域中的濃度小于石墨在所述中心區域中的濃度。2、權利要求1的部件，其中與所述外部表面相鄰的所述區域基本不含3、權利要求1的部件，其中所述碳化硼主體基本由碳化硼組成。4、權利要求l的部件，其中所述碳化硼主體不含源自非天然燒結劑的殘余物。5、權利要求1的部件，其中所述碳化硼主體是防護品裝備的一部分。6、權利要求1的部件，其中所述碳化硼主體是個人防護品裝備的一部分。7、權利要求6的部件，其中所述個人防護品裝備是頭盔。8、權利要求6的部件，其中所述個人防護品裝備成型為人體一部分的輪廓。9、權利要求6的部件，其中所述人體的所述部分是頭、或軀干、或背、或腹股溝、或手臂、或腿、或肩、或臀部。10、權利要求6的部件，其中所述輪廓對應于男性身體或女性身體。11、權利要求1的部件，其中所述碳化硼主體是車輛防護品裝備的一部分。12、一種制備碳化硼主體的方法，其包括形成碳化硼的未加工主體；在所述主體周圍產生硼富集的蒸氣環境；以及燒結所述碳化硼的未加工主體。13、權利要求12的方法，其中所述硼富集的蒸氣環境通過將氮化硼主體置放在所述碳化硼的未加工主體附近而產生。14、權利要求12的方法，其中所述硼富集的蒸氣環境通過將所述主體充填在粗顆粒的碳化硼中而產生。15、權利要求12的方法，其中所述氮化硼主體是六邊形的氮化硼主體。16、權利要求12的方法，其中所述碳化硼的未加工主體基本上不含燒結劑。17、權利要求12的方法，其中所述燒結包括無壓燒結。18、權利要求12的方法，其中所述燒結包括在He和H2的混合物的存在下或在真空中，以第一加熱速度加熱所述碳化硼的未加工主體至第一浸滲溫度第一段時間，接下來以第二加熱速度加熱所述碳化硼加工主體至第二浸滲溫度第二段時間；以及以一定的冷卻速度冷卻所述碳化硼主體。19、權利要求18的方法，其還包括在所述第一段時間之后，在He的存在下或在真空中，在所述第一溫度下保持所述碳化硼的未加工主體另外一段時間。20、權利要求19的方法，其中所述硼富集的蒸氣環境通過減少所述He的流速而產生。21、權利要求18的方法，其中所述混合物包括50體積％的He和50體積％的H2。22、權利要求18的方法，其中所述第一浸滲溫度為1100-140(TC，所述第二浸滲溫度為2100-2400°C。23、權利要求18的方法，其中所述第一加熱速度為50-150'C，所述第二加熱速度為50-150°C。24、一種制備碳化硼主體的方法，其包括提供包含多個不同尺寸的碳化硼顆粒的碳化硼粉末物質；從所述碳化硼粉末物質分離選擇尺寸或直徑更小的碳化硼顆粒；從所述分離的碳化硼顆粒形成碳化硼的未加工主體；以及無壓燒結所述碳化硼的未加工主體，得到燒結的碳化硼主體。25、權利要求24的方法，其中所述分離步驟通過離心步驟進行。26、權利要求24的方法，其中所述燒結包括在He和H2的混合物的存在下或在真空中，以第一加熱速度加熱所述碳化硼的未加工主體至第一浸滲溫度第一段時間，接下來以第二加熱速度加熱^f述碳化硼主體至第二浸滲溫度第二段時間；以及以一定的冷卻速度冷卻所述碳化硼主體。27、權利要求26的方法，其中所述混合物包括50體積％的He和50體積％的H2。28、權利要求26的方法，其中所述第一浸滲溫度為1100-1400°C，所述第二浸滲溫度為2100-2400°C。29、權利要求26的方法，其中所述選擇尺寸為1微米。30、權利要求24的方法，其中所述分離的碳化硼顆粒在形成所述未加工的主體之前被振動。31、權利要求12的方法，其中所述碳化硼的未加工主體由碳化硼粉末形成，并進一步包括在形成所述未加工的主體之前振動所述碳化硼粉末。全文摘要一種具有石墨內含物的碳化硼主體，其中所述主體的中心部分包括比圍繞所述中心部分以及與其外部表面相鄰的區域有更多的石墨，以及一種制備所述碳化硼主體的方法。文檔編號A61L15/14GK101193663SQ200680020860公開日2008年6月4日申請日期2006年4月11日優先權日2005年4月11日發明者R·F·斯派爾申請人:佐治亞技術研究公司