超高温陶瓷ZrB2及其烧结工艺.docx

超高温陶瓷ZrB2及其烧结工艺二硼化错(ZrB2)因其极强的化学键特性而具有高熔点、高模量、高硬度、高热导率和电导率(且电导率温度系数为正)以及低的热膨胀系数与良好的抗热震等综合特性，成为一种最具潜力的超高温陶瓷材料。Zr陶瓷制品已广泛用作各种高温结构及功能材料，如：航空工业中的涡轮叶片、磁流体发电电极等。此外，与很多陶瓷材料相比，它具有较好的导电性能，可通过线切割技术生产外形简单的部件。尤其重要的是，ZrB2系复合材料由于具有高熔点、高硬度、良好的导电性以及良好的中子掌握力量等特点，特别适合应用于超音速航天飞行器、导弹外壳的超高温零烧蚀材料。随着我们国家火箭、导弹技术的高速进展，对硼化错基陶瓷类的高温结构材料需求将会越来越迫切，ZrB2系复合材料的讨论、生产和应用将会日益显示出其重要性。但是，ZrB?材料熔点较高，且由于其极强的共价键，体集中速率较低，造成其烧结致密化困难。目前常用的烧结方法有以下几种。1、常压烧结。据报道，采用W作为烧结助剂可以促进ZrBz的烧结致密化。这是由于W取代了ZrB?晶格中的Zr形成固溶相促进烧结。类似地，采用l%Re、0.5%Cr»10.5%Ti为烧结助剂也可制备出几乎完全致密的ZrB,陶瓷。晶格常数的测定表明，金属原子取代了ZrB?晶格上Zr的位置。2、热压烧结。讨论表明，在热压烧结中，添加碳化硅(SiC)颗粒有助于促进ZrB?陶瓷的致密化。这是由于SiC表面的Si。?与ZrB?中的ZN)?反应生成液相Zr(VSi2,从而增进了ZrB2的致密化。但是在SiC的添加量过高时，材料的相对致密度又有所下降，这是由于大尺寸的SiC颗粒其自身的难烧结性不利于复合材料的烧结致密化。据报道，在烧结温度1950、保温时间1h、压力20MPa、流淌氢气气氛条件下下，纯ZrB?烧结后的相对致密度只有94%,而添加了SiC颗粒的样品的相对致密度大大提高。当SiC颗粒添加量为15%时，相对致密度达到了最大值99%。3、反应热压烧结。反应热压烧结包括原位合成和致密化两个步骤。据报道，用ZrSi和B1C粉作为起始原料，可以在较低的温度下(19O(TC)制备高致密度的ZrBz基陶瓷材料。其反应机理为：B1C中的B和C原子分别集中到Zr和Si的位置，从而原位反应生成ZrB2-SiC,通过降低起始原料中Zr和Si的颗粒尺寸可以得到SiC匀称分布的复相陶瓷。同样的反应机理，可以制备出ZrB2-SiC.ZrB2-SiC-ZrC>ZrB2-SiC-ZrN和ZrB2-SiC-AlN等一系列ZrB?基陶瓷材料。另据报道，以ZrH2、B4和Si为原料，在160(1900°C可制备出ZrB2-27*SiC复相陶瓷，致密度达99%以上。4、放电等离子体烧结。据报道，用热压法制备ZrBz+30%ZrC+10%SiC复合材料，致密度仅为90%；而用放电等离子体烧结，可以明显提高材料的致密度。另据报道，用放电等离子体烧结可制备SiC晶须增加的ZrB*在1550°C下所制备的材料致密度高达97%,抗弯强度和断裂韧性达到545MPa和6.81MPa-mlz2o