浅谈ZrB2陶瓷的制备

０ 引 言
超 高温 陶瓷材料 （ ｌａｈ ｈ ｅ ｐｒｕｅ ｅ ｍｃ， Ｕｔ－ｉ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ 简称 ｒ ｇＴ ａｒＣ ａ ｓ
Ｕ Ｃ ） 的是在 高温 环境下 （ ＨＴ ｓ￣ 一般是指在 ２ ０ ℃ 以上 ） ００ 以及
反应气氛 中（ 例如 原子氧环境 、 等离子体 ） 够保持物理 和化 能 学稳定性的一种特殊 材料。 它们主要局限于一组硼化物 、 碳化 物及其复合材料 ， 它们具有高熔 点、 高硬度 、 高热导 率、 的抗 好 热震性 、 中等 的热 膨胀系数等 优 良的性 能 ， 因此 ， 非常适 合做 超音速航天飞行 器 、 导弹外壳的超高温零烧蚀材料使用ｔｌ ｌ。 － 二 ￣
制 取 ＺＢ 粉 末主要 是利 用锆 或锆 的氧化 物进 行硼化 的 ｒ 反应 。 传统的合成方 法是在 高温 感应炉或 电阻炉 内实现 氧化 物 碳热 还 原过 程 ， 方 法工 艺 过 程 简单 ， 一 般 温度 较 高 此 但 （ ０ｏ左 右）合成 粉体 纯度 较低 ， １ ０ ８ Ｃ ， 平均粒 径 比较大 ， 结活 烧 性 差。 现在多应用碳热 原法（ａ ｏ ｅ ａ ｅｃｏ ） Ｅ Ｃ ｒ ｔ ｒ ｌ ａｔｎ、 自 ｂ ｈ ｍ Ｒ ｉ 高温 蔓 延 法（ｅ － ｒｐ ｇｔ ｎＨｉｈ ｔ ｅ ｔｒ ｙ ｔｅｉ，ＨＳ、 械 Ｓ ｌ ｐｏ ａａ ｏ ｇ－ｅ ｒ ｕｅＳ ｎｈ ｓ Ｓ ）机 ｆ ｉ ｍｐ ａ ｓ 合 金 化 法 （ ｃａ ｉ ｌ ｌ ｙｎ ， Ｍｅｈ ｎｃ ｌ ｉｇ ＭＡ） ａＡ ｏ 、陶 瓷 前 躯 体 裂 解 法
蔺锡柱
摘
王艳艳 ｚ 刘瑞祥 ｚ 周 长灵 ｚ 王重海 ｚ 刘 福 田
（． １ 济南大学材料科学与工程 学院 ， 山东 济南 ２０２ ；． ５０２ ２山东工业陶瓷研究设计院， 山东 淄博 ２５３ ） ５０ １
要 综述 了硼 化锆 的基 本性质 、 粉体 的制备 、 成型方法 、 烧结 方法 ， 并对 ＂ ３前硼化 锆 陶瓷的研 究所存在 的 问题 ， 高温 易氧 － 如 化、 韧度低 、 难烧结等提 出几点可能的解决方法。 关键词 硼化锆 ； 粉体 ； 成型 ； 结 烧 中图分类号 ： Ｑ１ ４７ 文献标识码 ： Ｔ ７． ５ Ａ
本性质ｔ。 ｌ ｓ ｌ
ＺＯｚＢ Ｃ Ｃ－Ｚ Ｂ＋ Ｏ ｒ ＋ ４ ＋ － ｒ ｚＣ ｔ ＋
（） ２
这两个反应均为吸热 反应 ， 反应式（） ２ ８ １在 ９ Ｋ时的 ＡＨ为
２ ｒ： Ｚ Ｂ 粉体 的制备
收 稿 日期 ：０１１— ９ ２１—２ １ 通信联 系人 ： 柱 。－ ａ：ｉ ｉ ｕ２＠１６ ｏ 蔺锡 Ｅ ｍ ｉ ｌ ｘ ｈｎ ｅＺＢ） ｚ ｃｎ ｍ ｄ ｏ ｄ ，ｒ２ ｒ ｕ ｉ 作为 ２ 世纪高温领域基础 ｌ 材料之 一 ， 是一种重要的超高温陶瓷材料 。 ｒ ＺＢ 陶瓷 因为具有 高熔点 、 强度 、 度 、 电导热性 好 、 高 高硬 导 良好 的阻 燃性 、 耐热
性 、 氧化性 、 抗 耐腐蚀性 、 集 中子 嘲 捕 等特 点 ， 高温结构 陶 而在 瓷材料诩 复合材料［６电极材料 ［薄膜材 料１］ 、 ５１ －、 ７ １ 、 ８、 － 耐火材料 ㈣、 ９ 核控制材料等领 域中得到广泛开发和应用［］ １３ １１ －。
１ ７ ． Ｊ 因此 ， ４ ５６ ， ｋ 只有在 １ ０ ℃ 以上 该反应才发 生 。 ｈｏ等 ５０ Ｚａ
２１ ０ ２年 第 １ 期
中 国 陶 瓷 工 业
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表 １ ｒ２ Ｚ Ｂ 陶瓷的基本 性质
Ｔａ ． ｉ ｒ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆ Ｂ２ ｅ ａｍｉ ｂ １ Ｐｒ ｍａ ｙ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ ｉ Ｚｒ ｒ ｃ ｃ
ｈ ｓ ｔ ｄ等 ｔｅｉＭｅ ｏ ） 。 ｓ ｈ
２１碳热还原 法（ ａｂ ｔｅｍａ Ｒｅ ｃｉｎ ． Ｃ ｒｏｈ ｒ ｌ ａ ｔ ） ｏ
碳热还原法主要利 用的反应机理为 ：
ＺＯｚＢ Ｏ＋ － Ｚ Ｂ＋ Ｏ ｔ ｒ ＋ ￣ ３Ｃ － ｒ ２Ｃ ￣ （） １
键性决定了 ＺＢ 高硬度、 ｒ 高脆性和稳定性 ， １ ＺＢ 的基 表 为 ｒ
（ｒ－ ｅａ ｃ ｒｃｒｏｓ ｙｏｙｉ 、 相 法 （ｏｕｉｎ ｂｓｄｓｎ Ｐｅ ｃｒｍｉ ｅｕｓｒ Ｐ ｒｌｓ ）液 Ｐ ｓ Ｓ ｌｔ — ａｅ － ｏ ｙ
现 构成二维网状结构 ， 这种类似 于石墨的层状结构和 ｚ 外层 ｒ 电子构造 决定了 ＺＢ 具有 良好 的导 电性和金属光泽 ， Ｂ原 ｒ 而 子面和 ｚ 原子面 之间 的 Ｚ－ ｒ ｒＢ离子键 以及 Ｂ Ｂ共价键 的强 —
图 １ ｒ。 Ｚ Ｂ 的晶体 结构模 型
Ｆ ｇ １Ｓ ｒｃ ｕｅ ｍｏ ｅ ｆ ｎ ｅｌ ｏ ｒ ２ ｉ． ｔ ｔｒ ｄ ｌ ｉ ｃ ｌｆ ｒ Ｂ ｕ ｏ ｕ ｔ Ｚ
１ Ｚ Ｂ 的基 本 性 质 ｒ
ｚ 与 Ｂ能形 成三种化 合物 ：ｒ ＺＢ 和 ＺＢ 其中 ＺＢ ｒ ＺＢ、 ｒ ２ ｒ ｍ ｒ２ 在很 宽的温 度范 围 内是稳 定 的。 １ ＺＢ 晶体 结构 示意 图 是 ｒ 图叫， ｒ２ Ｚ Ｂ 属六方 晶系 ， 间群为 Ｐ ｍｍ， 空 ｄ 晶格 常数 ａ０３ ６ ， － ．１９ ｃ０ ５０ ＝ ． ３ 。Ｂ为主族元素 ， ３ 外层 电子是 ２２ ２Ｚ 为副族 元素 ， ｓ ｐ ，ｒ ２ 外 层 电子为 ５￣ｄ。晶体结构 中 Ｂ原 子面和 Ｚ 原子面交 替出 ｓ ４ ｒ
中国陶瓷工业 ２１ ０ ２年 ２月 第 １ ９卷第 １期
ＣＨＩ ＣＥ ＮＡ ＲＡＭＩ Ｉ Ｃ ＮＤＵＳＴ ＲＹ Ｆ ｂ ２ ２ Ｖｏ ． ９． ｅ ． ０１ １ １ ＮＯ． １
文章编号 ：０６ ２ ７ （０ ２ ０ — ０ ８ ０ １０ — ８ ４ ２ １ ） １ ０ １－ ５
浅 谈 Ｚ Ｂ 陶瓷 的制 备 ｒ２