耐温3000℃的超高温陶瓷材料ZrB2

硼化锆，六方晶系、灰色结晶或粉末，特点如下：

· 高熔点 ：硼化锆的熔点为3100~3500℃；

· 高硬度 ：硼化锆的硬度是9.5莫氏硬度，是仅次于金刚石和立方氮化硼的超硬材料，可用于制作切割工具。

· 高热导率 ：硼化锆的热导率为20.3W/m·K，可以用作耐火材料和电子元件的散热材料。

· 良好的导电性 ：硼化锆的电导率为1.0×108S/m，具有金属性，电阻略低于金属锆，具有良好的导电性能。

应用：

（1）宇航耐高温材料：

（2）切削工具：

（3）温差热电偶保护管：

（4）电解熔融化合物的电极材料：

（5）涂层功能填料：

存在问题：

ZrB2会在高温下发生氧化反应，导致ZrB2在没有达到熔点的时候就发生分解：

ZrB2(cr)+5/2O2(g)=ZrO2(cr)+B2O3(l)

（1）＜700℃时，ZrB2比较稳定，基本不发生反应；

（2）700~1100℃时，ZrB2的氧化产物分别为ZrO2固相与B2O3液相， B2O3作为连续致密的液相层会渗透、覆盖ZrO2固相，从而保护下方ZrB2；

（3）1100~1400℃时，B2O3开始逐渐挥发，逐渐暴露出ZrO2固相层；

（4）＞1400℃时，B2O3基本挥发耗尽，氧化层只剩下多孔的ZrO2，不具有保护作用，氧气可通过孔洞直达内部，与ZrB2发生反应。

解决办法及原理：

ZrB2在800℃以上出现明显氧化，具有保护作用的液态B2O3在高温下会面临剧烈挥发的问题。为提升ZrB2高温抗氧化性能，可在ZrB2中引入第二相甚至第三相。

（1）添加活性掺杂物，改性液相（B2O3），降低液相的挥发性、增加液相粘度降低氧的扩散；

例如：添加SiC作为掺杂物，高温下能够和B2O3形成硼硅玻璃相，在1600℃以下都保持比较稳定的状态。（此外还可以添加过渡族金属硅化物MoSi2、金属氧化物La2O3等等）

（2）添加活性掺杂物，通过生成高温固溶体或者化合物，增加固相（ZrO2）的致密性和耐温性；

例如：添加氧化镝（Dy2O3）可以作为助溶剂，让氧化锆在低于熔点的温度下熔化形成液相包裹填充深层的氧化锆固相的裂纹和孔隙，从而增加固相的致密性；

或者是添加La2O3等材料，与固相反应生成致密的La2Zr2O7来保护材料的内部。（包括Y2O3、TiO2等）

（3）添加掺杂物，提升材料的传热能力，从而降低材料表面的受热温度，从而改善抗氧化性能；

eg1：添加层状石墨材料，改善材料整体的热导率，从而降低表面的温度；

eg2添加Cu等高温下会优先挥发的物质，提升材料的热对流换热能力，从而保护基材；

eg3添加具有高发射率的 Sm2O3（氧化钐）或Tm2O3（氧化铥）等，提升材料的发射率，从而降低表面温度。