硼化锆

目前，能够胜任极端环境要求的材料主要集中在高熔点硼化物、碳化物如ZrB2，HfB2，ZrC，HfC和TaC等组成的超高温陶瓷材料（UHTCs）。在这些超高温陶瓷材料体系中，硼化锆粉因具有较低的相对密度（6.09g/cm3）、熔点高（3245℃）、硬度高（莫氏硬度为9，显微硬度为22.1GPa）、导热性好（热导率为23～25W/(m·K)）、导电性好（常温电导率约为1×108S/m）等特点，而在高温结构陶瓷材料、陶瓷基复合材料等领域中得到广泛地应用和关注。 硼化锆粉超高温陶瓷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。作为隔热用硼化锆粉材料，要求具有优良的耐热冲击性能，而现有的硼化锆粉不能满足要求。对比球形颗粒制备的陶瓷材料，原始颗粒为片状、棒状的粉体制备的陶瓷材料具有更好的耐热冲击性能。 硼化锆粉具有低密度、高熔点、高硬度、高比强度、高比刚度、良好的导热性、优异的导电性、优良的抗烧蚀性和抗氧化性等优良性能，被认为是最具发展前景的结构/功能一体化材料之一，硼化锆粉已在航空航天、军工制造、冶金矿产和机械加工等领域得到了广泛的应用。当前制备硼化锆陶瓷的主要方法是将硼化锆粉体在高温及高压条件下进行烧结。因此，制备具有高纯度和良好烧结性能的硼化锆粉体是发挥其巨大应用价值的关键。 硼化锆粉体主要由ZrO2粉体和炭黑或石墨粉体碳热还原法制得，其反应方程式为：

3ZrO2+B4C+8C+B2O3＝3ZrB2+9CO↑

上述反应过程属于固-固反应类型，反应进程是由物质扩散控制的。这种方法的缺点是氧化锆粉体和炭黑或石墨粉体混合不均匀且炭黑或石墨粉体活性较低，使氧化锆还原不完全，成为产物的杂质。另外，残存在硼化锆粉体中的炭黑或石墨粉体活性低，脱碳时需较高温度(大于600℃)才能使C在氧化气氛中生成一氧化碳或二氧化碳排除掉，温度越高粉体中的氧含量越高，造成硼化锆粉体质量下降。

本品为灰色结晶或粉末，相对密度6.085，熔点为324.5℃。耐高温，常温和高温下强度均很高。耐热震性好，电阻小，高温下抗氧化。 一般用作复合材料，用于切削工具电气和电子材料元件。 可用作宇航耐高温材料、耐磨光滑的固体材料、切削工具、温差热电偶保护管以及电解熔融化合物的电极材料。特别适于用作滚动轴承滚珠的表面。 制备方法主要有四种：(1)金属锆和硼直接反应；(2)碳化硼法；(3)碳还原法；(4)气相沉积法。工业合成硼化锆主要采用(2)和(3)，其
3ZrO2+B4C+8C+B2O3=3ZrB2+9CO