张波-超高温陶瓷.

超高温陶瓷
演讲者：张波
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超高温陶瓷的概念 超高温陶瓷的晶体结构 超高温陶瓷的基本性能 超高温陶瓷的烧结工艺 烧结助剂及其影响机理
超高温陶瓷的概念
超高温陶瓷
超高温陶瓷是指在高温环境下（1650~220℃），以及在 反应气氛中，能够保持物理化学性能稳定的一类特种陶 瓷材料。与普通碳化物陶瓷，如碳化硅和氮化硅比较， 其不仅使用温度高，而且对高温化学稳定性和耐烧蚀性 等有特殊的要求。 过渡金属硼化物（如ZrB2、HfB2、TaB2）、碳化物（如 ZrC、HfC、TaC ）和氮化物（ HfN）
电学性能
高温抗氧化性及机理
硼化物陶瓷高温稳定性顺序： HfB2＞ZrB2＞TiB2＞NbN2 ；
高温氧化期间，碳化硅和氮化硅表面二氧化硅保护层被破坏，一氧 化硅气体逸出，使材料进一步氧化。但HfB2和ZrB2陶瓷具有很好 的抗氧化性。抗氧化机理如下：
烧结方法
1、热压烧结 2、反应热压烧结
3、放电等离子烧结
超高温陶瓷的性能
1、力学性能 2、热学性能 3、电学性能 4、高温抗氧化性及机理 5、无压烧结
力学性能
高硬度—强共价键
硬度值波动：制备工 艺不同导致材料晶粒 尺寸和孔隙率不同所 致。
热学性能
硼化物陶瓷都具有较高的热导率，明显比碳化物的热导率高。 其热导率随温度的升高有一定的下降，但均远大于氮化物和碳化 物陶瓷（利于减小部件内热梯度，减小内热应力）。 SiC的添加有利于降低HfB2陶瓷高温阶段热膨胀系数的增大量。
抗蠕变性非常好、高熔点、较好 的高温抗氧化性、良好的导热性 和抗热震性能。 与碳-碳复合材料相比：生产周 期短、成本低、抗氧化性和抗 燃性能好。
超高温陶瓷晶体结构
超高温陶瓷材料原子之间通过很强的共价键结合。 ZrB2，六方AlB2结构 石墨状硼原子与六方密堆的金属原 子层构成：每个硼原子周围有三个 金属原子，及三个硼原子。每个金 属原子与十二个硼原子配位，六个 金属原子在同一层，两个金属原子 在临近的上下层。 二硼化物强化学键：限制a、c方向 生长，可容纳大量金属原子。
4、高应烧结
反应烧结机理：
添加剂或烧结助剂
超高温陶瓷多为强共价化合物，烧结较困难，须引入添加 剂或烧结助剂，通过生成固溶体或形成液相，提高传质能 力和扩散速率，促进烧结致密化，甚至降低烧结温度。
有助于烧结的添加剂依据其作用大致可分为：
不同烧结助剂对ZrB2基陶瓷性能的影响