背景及概述^[1][2]

目前，能夠勝任極端環(huán)境要求的材料主要集中在高熔點(diǎn)硼化物、碳化物如ZrB2，HfB2，ZrC，HfC和TaC等組成的超高溫陶瓷材料（UHTCs）。在這些超高溫陶瓷材料體系中，硼化鋯粉因具有較低的相對密度（6.09g/cm3）、熔點(diǎn)高（3245℃）、硬度高（莫氏硬度為9，顯微硬度為22.1GPa）、導(dǎo)熱性好（熱導(dǎo)率為23～25W/(m·K)）、導(dǎo)電性好（常溫電導(dǎo)率約為1×108S/m）等特點(diǎn)，而在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料、陶瓷基復(fù)合材料等領(lǐng)域中得到廣泛地應(yīng)用和關(guān)注。目前，硼化鋯粉超高溫陶瓷已廣泛用作各種高溫結(jié)構(gòu)及功能材料，如：航空工業(yè)中的渦輪葉片、磁流體發(fā)電電極等。作為隔熱用硼化鋯粉材料，要求具有優(yōu)良的耐熱沖擊性能，而現(xiàn)有的硼化鋯粉不能滿足要求。對比球形顆粒制備的陶瓷材料，原始顆粒為片狀、棒狀的粉體制備的陶瓷材料具有更好的耐熱沖擊性能。

硼化鋯粉

應(yīng)用^[3]

硼化鋯粉具有低密度、高熔點(diǎn)、高硬度、高比強(qiáng)度、高比剛度、良好的導(dǎo)熱性、優(yōu)異的導(dǎo)電性、優(yōu)良的抗燒蝕性和抗氧化性等優(yōu)良性能，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)/功能一體化材料之一，硼化鋯粉已在航空航天、軍工制造、冶金礦產(chǎn)和機(jī)械加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前制備硼化鋯陶瓷的主要方法是將硼化鋯粉體在高溫及高壓條件下進(jìn)行燒結(jié)。因此，制備具有高純度和良好燒結(jié)性能的硼化鋯粉體是發(fā)揮其巨大應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵。

制備^[2]

硼化鋯粉體主要由ZrO2粉體和炭黑或石墨粉體碳熱還原法制得，其反應(yīng)方程式為：

3ZrO2+B4C+8C+B2O3＝3ZrB2+9CO↑

上述反應(yīng)過程屬于固-固反應(yīng)類型，反應(yīng)進(jìn)程是由物質(zhì)擴(kuò)散控制的。這種方法的缺點(diǎn)是氧化鋯粉體和炭黑或石墨粉體混合不均勻且炭黑或石墨粉體活性較低，使氧化鋯還原不完全，成為產(chǎn)物的雜質(zhì)。另外，殘存在硼化鋯粉體中的炭黑或石墨粉體活性低，脫碳時(shí)需較高溫度(大于600℃)才能使C在氧化氣氛中生成一氧化碳或二氧化碳排除掉，溫度越高粉體中的氧含量越高，造成硼化鋯粉體質(zhì)量下降。

具體方法：

步：將粒度為0.1μm的氧化鋯粉體、3μm碳化硼粉體和3μmB2O3粉體按70∶14∶3的比例均勻混合得到原料粉1。

第二步：將上述原料粉1與酚醛樹脂以重量比為5∶0.5的比例在混碾機(jī)中混合均勻，在80℃的溫度下固化，然后在制粉機(jī)中粉碎制成平均粒徑為10μm的原料粉2。

第三步：將上述原料粉2與酚醛樹脂以重量比為5∶1的比例在混碾機(jī)中混合均勻，在50℃的溫度下固化，然后在制粉機(jī)中粉碎制成平均粒徑為20μm原料粉3。

第四步：將上述原料粉3與酚醛樹脂以重量比為5∶2的比例在混碾機(jī)中混合均勻，在40℃的溫度下固化，然后在制粉機(jī)中粉碎制成平均粒徑為50μm原料粉4。

2、硼化鋯粉體合成：

將上述原料粉4在0.5Mpa的壓力下壓塊，然后在1350℃℃的溫度下氬氣或氫氣氣氛燒制6小時(shí)制得硼化鋯塊體。

3、脫碳處理

將上述硼化鋯塊體在350℃的溫度下氧化氣氛保溫12小時(shí)脫碳，冷卻后粉碎制得硼化鋯粉體。

所用原料的純度均為99.99％純。

主要參考資料

[1] 賈全利, 張海軍, 賈曉林, & 秦國強(qiáng). (2007). 溶膠-凝膠微波碳熱還原制備二硼化鋯粉體. (pp.65-67).

[2] 馬成良, 封鑒秋, 王成春, 臧東營, & 王瑞. (2008). 二硼化鋯粉體的工業(yè)合成. 硅酸鹽通報(bào)(03), 197-200.

[3] 魏春城, 陳志偉, 田貴山, & 馮柳. (2009). 硼化鋯粉體的制備與表征. 材料導(dǎo)報(bào):納米與新材料專輯, 23(001), 196-197.